谈谈iOS内存管理

最近读道长新书《iOS面试之道》里边大概提了下什么是ARC?为什么会出现循环引用？读后感觉讲的不够痛快，自己把这块理了下，抽着周末把整理的知识点分享出来。

内存管理是个宽泛的概念，涉及操作系统的内存管理（如果感兴趣可以读《深入理解计算机系统》虚拟内存有详细介绍），运行程序编程语言层面的内存管理，今天我们主要聊狭义的iOS开发中的内存管理。

在计算机科学中自动的存储器管理机制主要有2类：

引用计数算法

最早期的垃圾回收实现方法，通过对数据存储的物理空间附加多一个计数器空间，当有其他数据与其相关时则加一，反之相关解除时减一，定期检查各储存对象的计数器，为零的话则认为已经被抛弃而将其所占物理空间回收。是最简单的实现，但存在无法回收循环引用的存储对象的缺陷。（目前Cocoa采用的机制）

可达性分析算法

近现代的垃圾回收实现方法，通过定期对若干根储存对象开始遍历，对整个程序所拥有的储存空间查找与之相关的存储对象和没相关的存储对象进行标记，然后将没相关的存储对象所占物理空间回收。（Java等语言采用的机制）

引用计数算法可以很快地执行，交织在程序的运行之中。这个特性对于程序不能被长时间打断的实时环境很有利。

但很难处理循环引用，比如图中相互引用的两个对象则无法释放。应用：Python 和 Cocoa 采用引用计数方案。如下图所示 A被B，C引用，那么RetainCount为2，D,E互相循环引用为1，无法打破环造成MEM Leak，F引用RetainCount为0自动释放。

可达性分析算法从GC Roots（每种具体实现对GC Roots有不同的定义）作为起点，向下搜索它们引用的对象，可以生成一棵引用树，树的节点视为可达对象，反之视为不可达。如下图所示E,F不可达，G不可达，即使E,F成环也可释放。

正是语言底层采用不同的内存回收算法，才导致Objc会有循环引用这种问题，而Java木有，道长的书里92页有这样的表述“ARC与Carbage Collection的区别在于GC在运行时管理内存，可以解决Retain Cycle，而ARC在编译时管理内存”，这个表述并不准确，已于道长确认，确定再版时更为更准确的表述，插句题外话，老峰希望，iOSTips的读者朋友们，不管读书，看博客，在学习研究的过程中辩证的看问题，有自己的独立思考能力。

刚提到了ARC，那么什么是ARC呢？ARC的全称Auto Reference Counting. 也就是自动引用计数。在早期iOS农耕时代是MRC由开发者手动维护引用计数；从iOS5，LLVM 3.0开始增加了编译器的一项特性ARC，从而简化开发者内存管理。画个重点ARC是编译器的特性，是从编译阶段在判定位置中插入代码，帮我们维护引用计数。所以就ARC本身而言，它并不负责管理内存，它只是编译器层面帮我们维护引用计数的一种编译选项。

Talk Is Cheap ,Show Me The Code ，那么直接上OC代码

编译后的汇编代码如下图，可以看到在代码退出作用域前有objc_storeStrong(id *object, id value);

查看 llvm官方的ARC文档 可知objc_storeStrong函数的实现如下图，分析代码，这里传入的object为&a，而value为null，所以这个函数实际操作为：对null进行了retain，而对a进行了release。即释放了a对象。这里我们可以总结，在__strong类型的变量的作用域结束时，自动添加release函数进行释放。

好了，折腾了半天，只为了论证LLVM确实在我们的代码中智能的对失去作用域的对象插入了release代码。

上面提到了引用计数法管理内存为我们iOS猿挖了一个容易写出Retain Cycle的坑，造成内存泄露或一些诡异的bug，那么在语言层面如何规避这种问题，或者如何解开这个环，没错weak关键字，关于weak的实现，有很多写的不错的博客讲，这里不再多讲，有兴趣的读者可以自己研读探究。

实际上社区也有一些检测Memory Leak开源框架,大概原理是通过method swizzled hook 对象生命周期的方法，在对象结束生命周期的时候，在指定时间之后给对象发送某个消息。如果这个时候对象已经被释放，消息不会被执行，如果没有释放说明发生了内存泄漏，消息就会被执行，从而提醒开发人员。通过递归的方式，会记录下某个视图或者controller的树形节点的位置，能更好的帮助定位到具体哪个对象没有被释放。如MLLeaksFinder，FBRetainCycleDetector等。

我们都知道OC对象在RetainCount为0后就会被释放，那么什么时机释放呢，出了作用域，最后一次release后，RetainCount为0就立刻释放？关于这个问题老峰上周在某开发群里抛出来讨论，发现就算一些有经验的开发者也并不一定能给出相对准确的答案，最后为了更深刻的理解这一问题老峰这里留2道题目，有兴趣的读者可以下来自己研究，或者后台留言一起探讨交流。

题目1写出打印log，reference何时会变为nil

题目2分析该函数执行后，内存状态，比如内存使用量恒定？线性增加？还是其他？

推荐阅读：

1.   https://clang.llvm.org/docs/AutomaticReferenceCounting.html

2. 《深入理解计算机系统》

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