浅析Block闭包

浅析Block闭包

简单来说，block就是将函数及其上下文封装起来的对象，从功能上可以把它看作是C++中的匿名函数，也可称之为块。

Block类型写法：

返回值+（^块名）+（参数）= ^（参数）{ 内容 }

如下所示:

int (^myBlock)(int a, int b) = ^(int a, int b){ return a + b;};

Block结构

Block存储区域

Block本质上也是OC对象，所以每个Block对象也有isa指针指向它们的类对象。根据Block类对象存储的内存空间的不同可分为三种不同的类，分别是：

位于全局区的Block类：__NSGlobalBlock__

位于栈区的Block类：__NSStackBlock__

位于堆区的Block类：__NSMallocBlock__

• 全局区Block：当Block不捕获外部变量时，会被编译器分配到全局区。因为无外部变量，所以运行时不会在Block内部进行copy或dispose操作，为了削减开销，所以在编译时就确定了大小，即存储在全局区。如下：

void (^myBlock)(void)=^(void){ NSLog(@"global");};NSLog(@"%@",[myBlock class]);//输出：//__NSGlobalBlock__

• 栈区Block：当Block捕获了外部变量后，会被分配到栈区。但是在ARC环境下，系统会自动为生成的栈区Block进行copy操作，所以为了验证是否是在栈区，需要采用MRC环境，在main.m文件的编译选项设置为： -fno-objc-arc后运行如下代码：

  NSString* flag=@"yes";void (^myBlock)(void)=^(void){ NSLog(@"stack:%@",flag);};NSLog(@"%@",[myBlock class]);//输出：//__NSStackBlock__

• 堆区Block：在MRC模式下，用copy后，会将栈区block复制到堆区。在ARC模式下，系统自动将初始化的Block复制到堆区。

  //MRC环境下：NSString* flag=@"yes";void (^myBlock)(void)=[^(void){ NSLog(@"stack:%@",flag);} copy];NSLog(@"%@",[myBlock class]);//输出：//__NSMallocBlock__

Block内部结构

官方的Block定义在 Block_private.h中，具体的源码：Block_private.h

#define BLOCK_DESCRIPTOR_1 1struct Block_descriptor_1 { uintptr_t reserved; uintptr_t size;};#define BLOCK_DESCRIPTOR_2 1struct Block_descriptor_2 { // requires BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE void (*copy)(void *dst, const void *src); void (*dispose)(const void *);};#define BLOCK_DESCRIPTOR_3 1struct Block_descriptor_3 { // requires BLOCK_HAS_SIGNATURE const char *signature; const char *layout;  // contents depend on BLOCK_HAS_EXTENDED_LAYOUT};//Block结构struct Block_layout { void *isa; volatile int32_t flags; // contains ref count int32_t reserved;  void (*invoke)(void *, ...); struct Block_descriptor_1 *descriptor; // imported variables};

• isa指针：指向类对象的指针，即根据不同分区指向： __NSGlobalBlock__、 __NSStackBlock__和 __NSMallocBlock__，但是这里的底层isa实际上指向的是父类的结构体（C语言）即：_NSConcreteGlobalBlock、 _NSConcreteStackBlock和 _NSConcreteMallocBlock结构体，但意义是一样的。
• flags：类型为枚举，主要用来保存Block的状态信息。
• reserved：为之后开发准备的保留信息，暂时无用。
• invoke：函数指针，指向的是实际的功能运行函数。在invoke函数的参数中还包含了Block结构体本身，这么做的目的是在执行时，可以从内存中获取block中捕获的变量。
• descriptor：主要存储Block的附加信息，其中包括占址大小、签名等。默认指向Block_descriptor_1结构体，当Block被copy到堆上时，则会添加Block_descriptor_2和Block_descriptor_3，新增copy和dispose方法用来拷贝和销毁捕获的变量。

Block内部结构图（来自于Effective-OC）：

Block作用

在日常的开发中，使用Block的主要用处在以下两个方面：

1. 作为回调的方式之一，对比于代理模式，Block可将将分散的代码块集中写在一处编写。因为有捕获变量的机制，所以可以很轻松的访问上下文，并且Block的代码是内联的，运行效率会更高。

2. 正是因为有了以上的优势，所以在编写异步代码，作为异步处理回调时，在封装时往往会采用handler块的方式来编写相关代码。

   在编写handler块时有两种策略，一种是在一个方法中提供提供两个Block块分别处理CompletionHandler和errorHandler，另外一种是只提供一个Block块，在Block块中提供error参数，用户自己来对error值进行判断。一般我们更倾向于后者的方式，因为这样处理数据会更加灵活

两种Handler风格如下：

Downloader *myDownloader = [[Downloader alloc] initWithURL:url];[myDownloader downloadWithCompletionHandler:^(NSData *onlineData){ //download success}failureHandler:^(NSError *error){ //handle error}];

Downloader *myDownloader = [[Downloader alloc] initWithURL:url];[myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){ if(succeeded){ //download success } else{ //handle error }}];

Block内存泄漏

当几个oc对象互相强引用成环时，就会导致对象永远都不会被释放，当这些对象的数量很大时，就会造成内存泄漏，从而导致整个系统crash的风险。

举个例子：

当A类对象强引用了B类对象，B类对象强引用了C类对象，而C对象又强引用了A类对象。假设它们都在一个代码段中。如下图所示：

因为a、b、c都被该代码段所强引用，所以retainCount初始化都为1，又因为它们互相强引用，所以在连成环的时候retainCount都变为了2。这时候在代码段中，无论是哪一个对象先从代码段中释放，即retainCount--，都仍然还剩1。当整个代码段执行完后，三个类对象a、b、c的retainCount都从2减为了1，在整个系统中，再也没有其他影响因素会让它们的retainCount减少为0，这样就会导致这三个对象在运行中永不释放，从而造成内存泄漏。

在使用Block时也会很容易造成这个现象，当在网络异步的handler块中，我们通常会将当前ViewController中的某个网络数据属性捕获到handler中，在网络连接成功后将其进行赋值，这样就相当于Block块间接地强引用了当前VC，而通常来说，VC肯定会强引用下载器，而下载器中的Block块一般也会做为其属性进行强引用。如下图所示：

为了解决强引用环的问题，可以通过将任意一个连接处断开即可。

• 断开1:基本不可能，在开发中在ViewController或者时ViewModel中都会将下载器作为属性而非临时变量，因为在调取过程中会一般会根据当前下载状态来进行下一步操作。

• 断开2:

  方法一：不将_downloadHandler作为属性，而是使用临时Block变量，通常这么做的情况是因为下载器类不需要多次使用该block，对于复杂的下载器，这种策略很难得以保证。

  方法二：（推荐）在下载操作结束后调用的方法中令 self.downloadHandler = nil，只要下载请求执行完毕，_downloadHandler属性就不再强引用该block，就打破了强引用环。

• 断开3：

  方法一：因为Block强引用了VC的data属性，实际上也就强引用了VC（self），所以我们可以通过： __weak typeof(self) weakSelf=self将当前VC，即self弱引用化，生成一个名为weakSelf的当前vc对象，然后在block中使用 weakSelf.data=_data来进行调用。

  方法二：方法一中大部分情况不会出现问题，但是当block块中有延时操作，而对_data的处理也在延时操作当中时，就会出现问题了，例如：

  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){ if(succeeded){ //download success dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{  //延迟2s获取data数据  weakSelf.data = onlineData;  NSLog(@"%@",weakSelf.data); }); } else{ //handle error }}];//假设成功从网络上获取到data//打印为空

  这时候就会发现，无论是weakSelf还是self的data属性都为空。这就是因为在block执行完后（延时函数还未执行完），weakSelf所在的弱引用表已经被除名了，虽然延时函数还在执行。这时候当2s过后，weakSelf已经变为了nil，对nil发送getter消息也不会报错，所以这里就会出现取值为空的情况。

  为了解决这一问题，只需要在block内再将weakSelf在代码段内部强引用化（该强引用仅限于Block内部）。例如：

  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){ if(succeeded){ //download success //将weakSelf强引用化生成该代码段的strong变量 __strong typeof(self) strongSelf=weakSelf; dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{  //延迟2s获取data数据  //这里使用strongSelf临时变量  strongSelf.data = onlineData;  NSLog(@"%@",strongSelf.data); }); } else{ //handle error }}];

  这里的strongSelf属于临时变量，会加到该代码段（Block内）的autoreleasepool当中，当该处代码段结束时会自动释放掉，所以也就不会出现强引用情况。

  方法三：使用临时变量充当当前VC（self）,如下：

  __block XXXViewController* vc = self; //这里self的retainCount会+1[self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded){ if(succeeded){ //download success vc.data = onlineData; //这里需要注意将该临时变量置为nil，即将retainCount重新减为1 vc=nil; } else{ //handle error }}];

  这里需要注意在赋完值后必须将该临时变量重新置为nil，即将retainCount减1，否则仍会出现强引用的问题。

  方法四：将当前self作为block参数传入，例如：

  [self.myDownloader downloadWithBlock:^(NSData *onlineData, NSError * _Nullable error, BOOL succeeded, XXXViewController* vc){ if(succeeded){ //download success vc.data = onlineData; } else{ //handle error }}];

  这种情况一般很少出现，因为下载器通常作为第三方提供的API，通常参数不会有当前控制类。所以这种情况只能用在自定义block当中使用。

总结

• 在ARC环境下开发，我们用到的一般都是堆Block或全局Block，当捕获外界变量时为堆Block，否则为全局Block
• Block主要用于代码回调以及异步操作以降低代码分散程度。
• Block在捕获变量时很容易造成循环引用，导致内存泄漏。在不确定调用第三方API是否在最后将block属性置为空，或者没有使用属性而是临时变量作为调用block，所以在不破环封装性的原则下，将其视为未处理，然后在自己的代码中使用waekSelf和strongSelf方式来进行当前self的属性进行操作，这样就实现了在环节[3]中打破强引用环。