iOS开发的四种内存管理

一、block内存管理

1.block内存类型

block内存分为三种类型：

• _NSConcreteGlobalBlock（全局）
• _NSConcreteStackBlock（栈）
• _NSConcreteMallocBlock（堆）

2.三种类型的内存的创建时机

1）对于_NSConcreteStackBlock和_NSConcreteGlobalBlock类型
_NSConcreteStackBlock和_NSConcreteGlobalBlock这两种类型的block，我们可以手动创建，如下所示：

void (^globalBlock)() = ^{};int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool {  void (^stackBlock1)() = ^{  }; } return 0;}

那么我们怎么确定这两个block，就是我们所说的两种类型的block呢，我们可以使用clang -rewrite-objc xxx.m（报错可以使用详细命令： clang -x objective-c -rewrite-objc -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator.sdk xxxxx.m）编译转换成C++实现，就可以看到转换完的结果，如下所示：

// globalBlockstruct __globalBlock_block_impl_0 { struct __block_impl impl; struct __globalBlock_block_desc_0* Desc; __globalBlock_block_impl_0(void *fp, struct __globalBlock_block_desc_0 *desc, int flags=0) { impl.isa = &_NSConcreteGlobalBlock; impl.Flags = flags; impl.FuncPtr = fp; Desc = desc; }};...// stackBlockstruct __main_block_impl_0 { struct __block_impl impl; struct __main_block_desc_0* Desc; __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags=0) { impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; impl.Flags = flags; impl.FuncPtr = fp; Desc = desc; }};...int main(int argc, const char * argv[]) { /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;  void (*stackBlock)() = (void (*)())&__main_block_impl_0((void *)__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA); } return 0;}

可以看出可以看出globalBlock是_NSConcreteGlobalBlock类型，即在全局区域创建，block变量存储在全局数据存储区；stackBlock是_NSConcreteStackBlock类型，即在栈区创建。
2）对于_NSConcreteMallocBlock类型
NSConcreteMallocBlock类型的内存是通过_NSConcreteStackBlock类型的block copy得到的，那么哪些类型会对block进行copy呢？

• block作为返回值

// 如果是weak类型的block，依然不会自动进行copy// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff728>__weak void (^weakBlock)() = ^{i;};// ARC情况下输出// <__NSMallocBlock__NSLog(@"%@", [self callBack:weakBlock]);- (id)callBack:(void (^)(void))callBack{  NSLog(@"%@", callBack); return callBack;}//输出结果<__NSStackBlock__: 0x7ffee2559838><__NSMallocBlock__: 0x600003a99ce0>

• block作为属性，使用copy修饰时(strong修饰符不会改变block内存类型)

@property (copy, nonatomic) id myCopyBlock;@property (strong, nonatomic) id myStrongBlock;// 如果是weak类型的block，依然不会自动进行copy// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff728>__weak void (^weakBlock)() = ^{i;};NSLog(@"%@", weakBlock);//会进行copy操作//<__NSMallocBlock__: 0x6000037e8db0>self.myCopyBlock = weakBlock;NSLog(@"%@", self.myCopyBlock);// 会进行strong操作// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff728>self.myStrongBlock = weakBlock;NSLog(@"%@", self.myStrongBlock);//打印结果//<__NSStackBlock__: 0x7ffee8ed5838>//<__NSMallocBlock__: 0x6000037e8db0>//<__NSStackBlock__: 0x7ffee8ed5838>

• block为strong类型，且捕获了外部变量时。

int i = 10;void (^block)() = ^{i;};// 因为block为strong类型，且捕获了外部变量，所以赋值时，自动进行了copy// <__NSMallocBlock__: 0x100206920>NSLog(@"%@", block);

对于作为参数传递的block，其类型是什么呢？

int i = 10;void (^block)() = ^{i;};__weak void (^weakBlock)() = ^{i;};void (^stackBlock)() = ^{};// ARC情况下// 创建时，都会在栈中// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff730>NSLog(@"%@", ^{i;});// 因为block为strong类型，且捕获了外部变量，所以赋值时，自动进行了copy// <__NSMallocBlock__: 0x100206920>NSLog(@"%@", block);// 如果是weak类型的block，依然不会自动进行copy// <__NSStackBlock__: 0x7fff5fbff728>NSLog(@"%@", weakBlock);// 如果block是strong类型，并且没有捕获外部变量，那么就会转换成__NSGlobalBlock__// <__NSGlobalBlock__: 0x100001110>NSLog(@"%@", stackBlock);[self callBack:weakBlock];[self callBack:block];[self callBack:stackBlock];- (id)callBack:(void (^)(void))callBack{  NSLog(@"%@", callBack); return callBack;}//结果 //<__NSStackBlock__: 0x7ffee2572838>//<__NSMallocBlock__: 0x600002e881e0>// <__NSGlobalBlock__: 0x10d68c0f8>//<__NSStackBlock__: 0x7ffee2572838>//<__NSMallocBlock__: 0x600002e881e0>//<__NSGlobalBlock__: 0x10d68c0f8>

我们可以发现函数参数的block为什么类型，block在函数中就是什么类型。

二、autorelease内存管理

1、哪些对象是autorelease管理的？

1）enumerateObjectsUsingBlock中的对象

 [NSArray array] enumerateObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {//自动缓存池 }

2）__autoreleasing 修饰的对象

id obj = [NSObject new];id __autoreleasing o = obj;

3）array、dictiongnary、stringWithString等非init或者new方法生成的对象

int main(int argc, char * argv[]) {NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];NSMutableArray *array1 = [NSMutableArray arrayWithCapacity:5];NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary];NSMutableString *str = [NSMutableString stringWithString:@"dsdsds"];

以上类型实验结果：

int main(int argc, char * argv[]) {  id obj = [NSObject new];  id __autoreleasing o = obj;  id __autoreleasing o1 = obj; NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:5]; [array addObject:@"0"]; [array addObject:@"1"]; [array addObject:@"2"]; [array addObject:@"3"]; [array addObject:@"4"]; [array addObject:@"5"]; [array addObject:@"6"]; NSMutableArray *array1 = [NSMutableArray array]; [array1 addObject:@"11"]; [array1 addObject:@"12"]; [array1 addObject:@"13"]; [array1 addObject:@"14"]; [array1 addObject:@"15"]; [array1 addObject:@"16"]; [array1 enumerateObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {  id __autoreleasing o = obj; }]; NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary]; [dict setObject:@"1" forKey:@"1"]; NSMutableString *str = [NSMutableString stringWithString:@"dsdsds"];// _objc_autoreleasePoolPrint()}//在armv7上、使用_objc_autoreleasePoolPrint()调试打印结果 (lldb) po _objc_autoreleasePoolPrint()objc[96185]: ##############objc[96185]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x20d080objc[96185]: 6 releases pending.objc[96185]: [0x7e115000] ................ PAGE (hot) (cold)objc[96185]: [0x7e115028]  0x7be71ca0 NSObjectobjc[96185]: [0x7e11502c]  0x7be71ca0 NSObjectobjc[96185]: [0x7e115030]  0x7c470560 __NSArrayMobjc[96185]: [0x7e115034]  0x7be723b0 __NSArrayMobjc[96185]: [0x7e115038]  0x7c170b80 __NSDictionaryMobjc[96185]: [0x7e11503c]  0x7be72540 __NSCFStringobjc[96185]: ##############0x0a5c2500//在arm64的手机上、使用_objc_autoreleasePoolPrint()调试打印结果 (lldb) po _objc_autoreleasePoolPrint()objc[96400]: ##############objc[96400]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1151d75c0objc[96400]: 5 releases pending.objc[96400]: [0x7fae43000000] ................ PAGE (hot) (cold)objc[96400]: [0x7fae43000038] 0x600003a6c840 __NSArrayI//系统创建对象objc[96400]: [0x7fae43000040] 0x600000c358b0 __NSSetI//系统创建对象objc[96400]: [0x7fae43000048] 0x600002d380d0 NSObjectobjc[96400]: [0x7fae43000050] 0x600002d380d0 NSObjectobjc[96400]: [0x7fae43000058] 0x6000021649f0 __NSArrayMobjc[96400]: ##############0xe0675b6edaa1003f(lldb) po 0x6000021649f0<__NSArrayM 0x600001435d70>(0,1,2,3,4,5,6)

注意:这里面的实验结果不一样，在arm64上、array、dictiongnary、stringWithString等方法生成的对象,在自动缓存池中只能看见第一个对象，而armv7的机型上，可以看见所有的，不知这里是什么原因，有知道的欢迎告诉我

两个常用的调试命令

//打印自动缓存池对象_objc_autoreleasePoolPrint()//打印引用计数_objc_rootRetainCount（obj）

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2、autoreleasePool什么时候创建的，里面的对象又是什么时候释放的？

1）系统通过runloop创建的autoreleasePool
runloop 可以说是iOS 系统的灵魂。内存管理／UI 刷新／触摸事件这些功能都需要 runloop 去管理和实现。runloop是通过线程创建的，和线程保持一对一的关系，其关系是保存在一个全局的 Dictionary 里。线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。RunLoop 的创建是发生在第一次获取时，RunLoop 的销毁是发生在线程结束时。你只能在一个线程的内部获取其 RunLoop（主线程除外）。

runloop和autoreleasePool又是什么关系呢？对象又是什么时候释放的？

App启动后，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。

第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。

第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。

在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool 了。

验证结果：

int main(int argc, char * argv[]) { id obj = [NSObject new]; id __autoreleasing o = obj; id __autoreleasing o1 = obj; NSMutableArray *array = [NSMutableArray arrayWithCapacity:5]; [array addObject:@"0"]; [array addObject:@"1"]; [array addObject:@"2"]; [array addObject:@"3"]; [array addObject:@"4"]; [array addObject:@"5"]; [array addObject:@"6"];// _objc_autoreleasePoolPrint()}//_objc_autoreleasePoolPrint调试打印结果(lldb) po _objc_autoreleasePoolPrint()objc[99121]: ##############objc[99121]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x107b0d5c0objc[99121]: 5 releases pending.objc[99121]: [0x7f93b2002000] ................ PAGE (hot) (cold)objc[99121]: [0x7f93b2002038] 0x6000000d66c0 __NSArrayIobjc[99121]: [0x7f93b2002040] 0x6000036b9680 __NSSetIobjc[99121]: [0x7f93b2002048] 0x600001780160 NSObjectobjc[99121]: [0x7f93b2002050] 0x600001780160 NSObjectobjc[99121]: [0x7f93b2002058] 0x600001bcd230 __NSArrayMobjc[99121]: ##############0x67c4279ea7c20079(lldb) po 0x600001bcd230<__NSArrayM 0x600001bcd230>(0,1,2,3,4,5,6)(lldb) po [NSThread currentThread]<NSThread: 0x6000000953c0>{number = 1, name = main}

2）手动autoreleasePool
我们可以通过@autoreleasepool {}方式手动创建autoreleasepool对象，那么这个对象什么时候释放呢？答案是除了autoreleasepool的大括号就释放了，我们可以看下下面的实验结果

int main(int argc, char * argv[]) { //1\. _objc_autoreleasePoolPrint()  @autoreleasepool {  id obj = [NSObject new];  id __autoreleasing o = obj;  id __autoreleasing o1 = obj;//2\. _objc_autoreleasePoolPrint() }//3\. _objc_autoreleasePoolPrint()} //1\. _objc_autoreleasePoolPrint() (lldb) po _objc_autoreleasePoolPrint()objc[1555]: ##############objc[1555]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x11331a5c0objc[1555]: 2 releases pending.0x2196ee78f1e100fdobjc[1555]: [0x7fc2a9802000] ................ PAGE (hot) (cold)objc[1555]: [0x7fc2a9802038] 0x600002dbb600 __NSArrayIobjc[1555]: [0x7fc2a9802040] 0x600001bd8a50 __NSSetIobjc[1555]: ############## //2\. _objc_autoreleasePoolPrint() (lldb) po _objc_autoreleasePoolPrint()objc[1555]: ##############objc[1555]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x11331a5c00x2196ee78f1e100fdobjc[1555]: 5 releases pending.objc[1555]: [0x7fc2a9802000] ................ PAGE (hot) (cold)objc[1555]: [0x7fc2a9802038] 0x600002dbb600 __NSArrayIobjc[1555]: [0x7fc2a9802040] 0x600001bd8a50 __NSSetIobjc[1555]: [0x7fc2a9802048] ################ POOL 0x7fc2a9802048objc[1555]: [0x7fc2a9802050] 0x600003afc030 NSObjectobjc[1555]: [0x7fc2a9802058] 0x600003afc030 NSObjectobjc[1555]: ############## //3\. _objc_autoreleasePoolPrint() (lldb) po _objc_autoreleasePoolPrint()objc[1555]: ##############objc[1555]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x11331a5c00x2196ee78f1e100fdobjc[1555]: 2 releases pending.objc[1555]: [0x7fc2a9802000] ................ PAGE (hot) (cold)objc[1555]: [0x7fc2a9802038] 0x600002dbb600 __NSArrayIobjc[1555]: [0x7fc2a9802040] 0x600001bd8a50 __NSSetIobjc[1555]: ##############(lldb) 

从上面1、2、3的结果可以看出，当对象出了autoreleasepool的大括号就释放了。

3、子线程的autoreleasepool对象的管理？
线程刚创建时并没有 RunLoop，如果你不主动获取，那它一直都不会有。所以在我们创建子线程的时候，如果没有获取runloop，那么也就没用通过runloop来创建autoreleasepool，那么我们的autorelease对象是怎么管理的，会不会存在内存泄漏呢？答案是否定的，当子线程有autoreleasepool的时候，autorelease对象通过其来管理，如果没有autoreleasepool，会通过调用 autoreleaseNoPage 方法，将对象添加到 AutoreleasePoolPage 的栈中，也就是说你不进行手动的内存管理，也不会内存泄漏啦！这部分我们可以看下runtime中NSObject.mm的部分，有相关代码。

static inline id *autoreleaseFast(id obj){ AutoreleasePoolPage *page = hotPage(); if (page && !page->full()) {  return page->add(obj); } else if (page) {  return autoreleaseFullPage(obj, page); } else {  //调用 autoreleaseNoPage 方法管理autorelease对象。  return autoreleaseNoPage(obj); }}

三、weak对象内存管理

1.释放时机
在dealloc的时候，会将weak属性的值设置为nil

2.如何实现
Runtime维护了一个weak表，用于存储指向某个对象的所有weak指针，对于 weak 对象会放入一个 hash 表中,Key是所指对象的地址，Value是weak指针的地址（这个地址的值是所指对象的地址）数组。 当此对象的引用计数为0的时候会 dealloc，假如 weak 指向的对象内存地址是a，那么就会以a为键， 在这个 weak 表中搜索，找到所有以a为键的 weak 对象，从而设置为 nil。
注：由于可能多个weak指针指向同一个对象，所以value为一个数组

weak 的实现原理可以概括以下三步：

1）初始化时：runtime会调用objc_initWeak函数，初始化一个新的weak指针指向对象的地址。
我们以下面这行代码为例：

代码清单1：示例代码

{ id __weak obj1 = obj;}

当我们初始化一个weak变量时，runtime会调用objc_initWeak函数。这个函数在Clang中的声明如下：

id objc_initWeak(id *object, id value);

其具体实现如下：

id objc_initWeak(id *object, id value){ *object = 0; return objc_storeWeak(object, value);}

示例代码轮换成编译器的模拟代码如下：

id obj1;objc_initWeak(&obj1, obj);

因此，这里所做的事是先将obj1初始化为0(nil)，然后将obj1的地址及obj作为参数传递给objc_storeWeak函数。
objc_initWeak函数有一个前提条件：就是object必须是一个没有被注册为__weak对象的有效指针。而value则可以是null，或者指向一个有效的对象。

2）添加引用时：objc_initWeak函数会调用 objc_storeWeak() 函数。
objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向，创建对应的弱引用表。

3）释放时，调用clearDeallocating函数。
clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录。

四、NSString内存管理

1.NSString内存的类型

NSString内存分为两种类型：

• __NSCFConstantString（常量区）
• __NSCFString（堆区）、NSTaggedPointerString（堆区）

2.两种内存类型的创建时机。

生成一个NSString类型的字符串有三种方法:

• 方法1.直接赋值:

 NSString *str1 = @"my string"; 

• 方法2.类函数初始化生成:

NSString *str2 = [NSString stringWithString:@"my string"];

• 方法3.实例方法初始化生成:

NSString *str3 = [[NSString alloc] initWithString:@"my string"];NSString *str4 = [[NSString alloc]initWithFormat:@"my string"];

1）对于__NSCFConstantString
这种类型的字符串是常量字符串。该类型的字符串以字面量的方式创建，保存在字符串常量区，是在编译时创建的。

NSString *a = @"str";NSString *b = [[NSString alloc]init];NSString *c = [[NSString alloc]initWithString:@"str"];NSString *d = [NSString stringWithString:@"str"];NSLog(@"%@ : class = %@",a,NSStringFromClass([a class]));NSLog(@"%@ : class = %@",b,NSStringFromClass([b class]));NSLog(@"%@ : class = %@",c,NSStringFromClass([c class]));NSLog(@"%@ : class = %@",d,NSStringFromClass([d class]));//打印结果2019-06-23 19:23:13.240611+0800 BlockDemo[47229:789011] str : class = __NSCFConstantString2019-06-23 19:23:13.240764+0800 BlockDemo[47229:789011] : class = __NSCFConstantString2019-06-23 19:23:13.240870+0800 BlockDemo[47229:789011] str : class = __NSCFConstantString2019-06-23 19:23:13.240957+0800 BlockDemo[47229:789011] str : class = __NSCFConstantString

2）对于__NSCFString和NSTaggedPointerString

• __NSCFString 表示对象类型的字符串，在运行时创建，保存在堆区，初始引用计数为1，其内存管理方式就是对象的内存管理方式。
• NSTaggedPointerString是对__NSCFString类型的一种优化，在运行创建字符串时，会对字符串内容及长度作判断，若内容由ASCII字符构成且长度较小（具体要多小暂时不太清楚），这时候创建的字符串类型就是 NSTaggedPointerString

对于不可以变NSString的测试结果：

NSString *e = [[NSString alloc]initWithFormat:@"str"];NSString *f = [NSString stringWithFormat:@"str"];NSString *g = [NSString stringWithFormat:@"123456789"];NSString *h = [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];NSLog(@"%@ : class = %@",e,NSStringFromClass([e class]));NSLog(@"%@ : class = %@",f,NSStringFromClass([f class]));NSLog(@"%@ : class = %@",g,NSStringFromClass([g class]));NSLog(@"%@ : class = %@",h,NSStringFromClass([h class]));//打印结果2019-06-23 19:27:19.115212+0800 BlockDemo[48129:794364] str : class = NSTaggedPointerString2019-06-23 19:27:19.115286+0800 BlockDemo[48129:794364] str : class = NSTaggedPointerString2019-06-23 19:27:19.115388+0800 BlockDemo[48129:794364] 123456789 : class = NSTaggedPointerString2019-06-23 19:27:19.115476+0800 BlockDemo[48129:794364] 1234567890 : class = __NSCFString

对于可变的NSMutableString

NSMutableString *ms1 = [[NSMutableString alloc]init];NSMutableString *ms2 = [[NSMutableString alloc]initWithString:@"str"];NSMutableString *ms3 = [[NSMutableString alloc]initWithFormat:@"str"];NSMutableString *ms4 = [NSMutableString stringWithFormat:@"str"];NSMutableString *ms5 = [NSMutableString stringWithFormat:@"123456789"];NSMutableString *ms6 = [NSMutableString stringWithFormat:@"1234567890"];NSLog(@"%@ : class = %@",ms1,NSStringFromClass([ms1 class]));NSLog(@"%@ : class = %@",ms2,NSStringFromClass([ms2 class]));NSLog(@"%@ : class = %@",ms3,NSStringFromClass([ms3 class]));NSLog(@"%@ : class = %@",ms4,NSStringFromClass([ms4 class]));NSLog(@"%@ : class = %@",ms5,NSStringFromClass([ms5 class]));NSLog(@"%@ : class = %@",ms6,NSStringFromClass([ms6 class]));//打印结果2019-06-23 19:34:08.521931+0800 BlockDemo[49465:802590] : class = __NSCFString2019-06-23 19:34:08.522058+0800 BlockDemo[49465:802590] str : class = __NSCFString2019-06-23 19:34:08.522131+0800 BlockDemo[49465:802590] str : class = __NSCFString2019-06-23 19:34:08.522196+0800 BlockDemo[49465:802590] str : class = __NSCFString2019-06-23 19:34:08.522281+0800 BlockDemo[49465:802590] 123456789 : class = __NSCFString2019-06-23 19:34:08.522372+0800 BlockDemo[49465:802590] 1234567890 : class = __NSCFString

从结果我们可以看出来NSMutableString都是分配在堆区，且是__NSCFString类型，NSString中Format相关方法也是都分配在堆区，但是会根据字符串的长度，区分为__NSCFString和NSTaggedPointerString两种。在分配堆区的这些变量，其实一部分是正常的对象，一部分变成autorelease对象，具体是哪些，我们可以使用_objc_autoreleasePoolPrint()打印出来，比如实例中的g、ms4、ms5、ms6。

参考：
引用计数带来的一次讨论
Objective-C 引用计数原理
各个线程 Autorelease 对象的内存管理
Practical Memory Management
iOS内存管理
Xcode 10 下如何创建可调试的objc4-723、objc4-750.1工程
Block技巧与底层解析
Objective-C Autorelease Pool 的实现原理
《招聘一个靠谱的 iOS》
iOS 中 weak 的实现原理
iOS 底层解析weak的实现原理
weak的生命周期：具体实现方法
iOS weak 关键字漫谈
Objective-C weak 弱引用实现
NSString内存管理
NSString的内存管理问题
iOS开发--引用计数与ARC

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iOS开发的四种内存管理