iOS記憶體管理之autorelease

當你需要延遲調用release方法的時候會使用autorelease。如：

- (NSString *)fullName {
    NSString *string = [[[NSString alloc] initWithFormat:@"%@ %@",
                                          self.firstName, self.lastName] autorelease];
    return string;
}

在上面代碼中，通過alloc生成并持有對象，根據iOS記憶體管理規則，在失去對象的引用之前，我們必須要放棄該對象的所有權。如果使用release，那麼對象在傳回之前就會失去所有權，導緻傳回一個無用的對象。使用autorelease,會保證調用放在使用該傳回值之前，該對象不會釋放，也就是說，autorelease可以保證對象在跨越“方法調用邊界”後存活。

這時你可能會有一個疑問，使用autorelease的對象到底在什麼時候釋放呢？接下來，我們将會圍繞這個問題逐漸進行研究。

AutoreleasePool是如何工作的？

Coco架構會幫我們維護一個autorelease pool用來将對象臨時儲存在記憶體中，以便稍後釋放。

iOS應用程式是在event loop（事件循環）中運作的。當應用程式加載時，程式就會進入事件循環并等待使用者的互動事件。當一個點選事件發生時，Cocoa架構會檢測到該事件，然後建立事件對象，并生成一個autorelease pool對象。整個流程如下表所示：

iOS記憶體管理之autorelease

當事件處理方法完成執行時，控制權會傳回給Cocoa架構。Cocoa架構會銷毀autorelease Pool,它會向池子中的每一個對象都發送一條release消息。

autorelease實作

通過檢視Objc源碼，來确認autorlease的實作：

- (id)autorelease {
    return ((id)self)->rootAutorelease();
}

inline id objc_object::rootAutorelease()
{
    assert(!UseGC);

    if (isTaggedPointer()) return (id)this;
    if (prepareOptimizedReturn(ReturnAtPlus1)) return (id)this;

    return rootAutorelease2();
}

id objc_object::rootAutorelease2()
{
    assert(!isTaggedPointer());
    return AutoreleasePoolPage::autorelease((id)this);
}

通過源碼可以發現，當調用對象的autorelease方法時，最終調用的是AutoreleasePoolPage的autorelease方法。

接下來我們看一下AutoreleasePoolPage的實作，

AutoreleasePoolPage是使用C++實作的一個類，截取源碼中的主要部分，其實作如下：

class AutoreleasePoolPage 
{
#define POOL_SENTINEL nil
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
    static uint8_t const SCRIBBLE = 0xA3;  // 0xA3A3A3A3 after releasing
    static size_t const SIZE = 
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
        PAGE_MAX_SIZE;  // must be multiple of vm page size
#else
        PAGE_MAX_SIZE;  // size and alignment, power of 2
#endif
    static size_t const COUNT = SIZE / sizeof(id);
    
    magic_t const magic;
    id *next;
    pthread_t const thread;
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
    
    public:
    static inline id autorelease(id obj)
    {
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        if (page && !page->full()) {
            return page->add(obj);
        } else if (page) {
            return autoreleaseFullPage(obj, page);
        } else {
            return autoreleaseNoPage(obj);
        }
    }


    static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (DebugPoolAllocation) {
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_SENTINEL);
        } else {
            dest = autoreleaseFast(POOL_SENTINEL);
        }
        assert(*dest == POOL_SENTINEL);
        return dest;
    }

    static inline void pop(void *token) 
    {
        AutoreleasePoolPage *page;
        id *stop;

        page = pageForPointer(token);
        stop = (id *)token;
        if (DebugPoolAllocation  &&  *stop != POOL_SENTINEL) {
            // This check is not valid with DebugPoolAllocation off
            // after an autorelease with a pool page but no pool in place.
            _objc_fatal("invalid or prematurely-freed autorelease pool %p; ", 
                        token);
        }

        if (PrintPoolHiwat) printHiwat();

        page->releaseUntil(stop);

        // memory: delete empty children
        if (DebugPoolAllocation  &&  page->empty()) {
            // special case: delete everything during page-per-pool debugging
            AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
            page->kill();
            setHotPage(parent);
        } else if (DebugMissingPools  &&  page->empty()  &&  !page->parent) {
            // special case: delete everything for pop(top) 
            // when debugging missing autorelease pools
            page->kill();
            setHotPage(nil);
        } 
        else if (page->child) {
            // hysteresis: keep one empty child if page is more than half full
            if (page->lessThanHalfFull()) {
                page->child->kill();
            }
            else if (page->child->child) {
                page->child->child->kill();
            }
        }
    }
    
    id *add(id obj)
    {
        assert(!full());
        unprotect();
        id *ret = next;
        *next++ = obj;
        protect();
        return ret;
    }

    void releaseAll() 
    {
        releaseUntil(begin());
    }
}

通過分析上面的源碼，我們可以了解到對象調用autorelease方法的過程如下：

擷取正在使用的AutoreleasePoolPage對象。
擷取目前AutoreleasePoolPage對象的next指針，将autorelease對象位址複制給next指針，next指針向上移動一個位置。
若一個AutoreleasePoolPage空間被占滿時，會建立一個AutoreleasePoolPage對象，連結連結清單，後來的autorelease對象會加入到新的page中。

AutoreleasePool的生命周期

在ARC下，我們使用@autoreleasepool{}來使用AutoreleasePool:

@autoreleasepool {
}

使用clang（clang -rewrite-objc）指令将其轉化成C++代碼，關鍵代碼如下：

extern "C" __declspec(dllimport) void * objc_autoreleasePoolPush(void);
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_autoreleasePoolPop(void *);

struct __AtAutoreleasePool {
  __AtAutoreleasePool() 
  {
      atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
  }
  ~__AtAutoreleasePool() 
  {
      objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
  }
  void * atautoreleasepoolobj;
};

是以我們可以得出結論：Autorelease Pool的生命周期是由 void * objc_autoreleasePoolPush(void)和void objc_autoreleasePoolPop(void *)這兩個方法實作的。

通過檢視Objc源碼，确定這兩個方法的實作：

void *objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    if (UseGC) return nil;
    return AutoreleasePoolPage::push();
}

void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
    if (UseGC) return;
    AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}

通過源碼，我們可以确定，void * objc_autoreleasePoolPush(void)和 void objc_autoreleasePoolPop(void *)這兩個方法是對AutoreleasePoolPage::push()和AutoreleasePoolPage::pop(ctxt)方法的封裝。

通過分析AutoreleasePoolPage源碼中push()和pop()方法的實作，我們可以知道AutoreleasePool對象的生命周期

push()過程：

擷取目前正在使用的AutoreleasePoolPage對象。若目前對象為空，則生成一個新的page對象。若目前page存在且已滿，則建立一個新的page，通過連結清單的形式将兩個page連結起來。
向目前page對象中next位置追加一個哨兵對象（POOL_SENTINEL）并傳回該位址，這個位址作為pop操作的入參。

注意：每調用一次push()操作都會建立一個新的autoreleasepool對象，即往AutoreleasePoolPage中插入一個POOL_SENTINEL，并且傳回插入的 POOL_SENTINEL 的記憶體位址。

pop()過程：

根據傳入的哨兵對象位址找到其所在的page。
在目前page中，将晚于哨兵對象插入的所有autorelease對象都發送一次release消息，并将next指針移回正确位置。
從最新加入的對象一直向前清理，可以跨越若幹個page，直到哨兵對象所在的位置。

iOS記憶體管理之autorelease

autorelease對象在什麼時候釋放呢？

通過前面的分析，我們可以知道，autorelease對象是在AutoReleasePool的生命周期結束時釋放的。在沒有顯示生成AutoReleasePool對象的情況下，autorelease對象在目前runloop疊代結束時釋放的，Cocoa架構會為每個runloop添加AutoreleasePool的push和pop操作。

ARC下autorelease優化政策

先看一下，ARC下，調用NSMutableArray類的array方法時，編譯器為我們做了哪些操作

+ (id)array {
    id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(alloc));
    objc_msgSend(obj, @selector(init));
    return objc_autoreleaseReturnValue(obj);
}

id obj = objc_retainAutoreleasedReturnValue([NSMutableArray array]);

objc_autoreleaseReturnValue函數會檢查使用該函數的方法或函數調用方的執行指令清單，如果方法或函數的調用方在調用了方法或函數後緊接着調用objc_retainAutoreleasedReturnValue()函數，那麼就不将傳回的對象注冊到autoreleasepool中，而是直接傳遞到方法或函數的調用方。

iOS記憶體管理之autorelease

拾遺

使用容器的block版本的枚舉器時，内部會自動添加一個AutoreleasePool

[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop) {
    // 這裡被一個局部@autoreleasepool包圍着
}];

在普通for循環和for in循環中沒有。for循環和for in循環中周遊産生大量autorelease變量時，就需要手加局部 AutoreleasePool啦。

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iOS記憶體管理之autorelease

iOS記憶體管理之autorelease

AutoreleasePool是如何工作的？

autorelease實作

AutoreleasePool的生命周期

autorelease對象在什麼時候釋放呢？

ARC下autorelease優化政策

拾遺

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