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iOS ------ ARC的工作原理

news 来源：原创 2024/9/19 3:42:23

一，ARC的概念

ARC (Automatic Reference Counting，自动引用计数) 是苹果公司在其编程语言（如 Objective-C 和 Swift）中的内存管理机制。ARC 通过编译器插入的代码自动管理对象的内存生命周期，减少了手动内存管理的复杂性和错误。

以下是 ARC 在编译期和运行期所做的工作：

二，编译期

1.插入引用计数操作

编译器会在适当的位置插入retain和release操作，retain用于增加对象的引用计数，release用于减少对象的引用计数。
编译器通过静态分析代码，确定在何处增加或减少对象的引用计数

// 示例代码
MyClass *obj = [[MyClass alloc] init]; // 引用计数为1
obj = nil; // 引用计数为0，触发dealloc释放内存

上面的代码，ARC会在编译时插入一下操作

MyClass *obj = [[MyClass alloc] init];
[obj retain]; // 增加引用计数
[obj release]; // 减少引用计数，当obj被赋值为null时

2，优化引用计数操作

编译器会尝试优化引用计数的操作，合并或消除不必要的retain和release调用，例如，编译器会合并多个相邻的retain和release操作减少性能开销

MyClass *obj1 = [[MyClass alloc] init];
MyClass *obj2 = obj1;

在这种情况下，编译器知道ob2是obj1的别名，不需要增加引用计数

3，插入autorelease池管理

对于某些方法（如工厂方法）返回的对象，编译器会插入autorelease调用，使对象在适当的时机释放。

+ (instancetype)myObject {return [[[self alloc] init] autorelease];
}

这里达到了延迟释放对象的效果，autorelease把对象添加到当前的auto release池中，使得对象在某个时刻（通常是当前事件循环结束时）自动释放，而不是立即释放。这种机制允许开发者创建的对象在返回调用者后依旧有效，不会立即释放。

4，生成dealloc方法

编译器会生成或补充类中的dealloc方法来释放实例变量或资源

- (void)dealloc {[_name release];[super dealloc];
}

5，内存管理规则检查

在编译期，ARC 会对代码进行检查，确保遵循内存管理规则。例如，编译器会检查对象的所有权转移是否正确，并发出警告或错误信息。

三，运行期

在运行期，ARC会根据编译器插入的代码来管理对象的生命周期。

1，管理引用计数

引用计数通过retain和release操作来管理。每当对象的引用计数变为零时，dealloc方法会被调用，释放对象的内存。

MyClass *obj = [[MyClass alloc] init]; // retainCount = 1
[obj retain]; // retainCount = 2
[obj release]; // retainCount = 1
[obj release]; // retainCount = 0, dealloc is called

2，处理autorelease池

每当一个对象呗autorelease时，他会被添加到当的auto release池中，池会在每个循环事件末尾被清空，从而释放池中的对象

@autoreleasepool {MyClass *obj = [[[MyClass alloc] init] autorelease];// obj will be released at the end of the autorelease pool block
}

3，解决循环引用

使用weak来打破循环引用。弱引用不会增加对象的引用计数，当对象被释放时，弱应用会被自动值为nil.

@interface MyClass : NSObject
@property (nonatomic, weak) id delegate;
@end

4,动态内存管理

ARC 运行期的内存管理是动态的，即在程序运行时根据实际情况管理对象的内存分配和释放

总结

对于ARC 。编译器在代码里适当的地方自动插入 retain / release 完成内存管理（引用计数）。但ARC相对于MRC，又不是在编译时添加retain/release/autorelease这么简单。应该是编译期和运行期两部分共同帮助开发者管理内存。
在编译期，ARC用的是更低层C接口实现的retain/release/autorelease，并不通过OC的消息转发机制，而是直接调用其底层C语言版本API，这样做的性能更好，因为保留及释放操作需要频繁的执行，直接调用其底层的函数能节省很多CPU周期。
ARC管理对象生命期的办法是：在合适的地方，插入“保留”及“释放”操作。在方法中创建的对象，在方法中自动插入release；类中的对象，在dealloc方法中释放。
通过retaincount的机制来决定对象是否需要被释放。每次runloop时，都会检查对象的retainCount，如果retaincount = 0时，说明该对象没有地方要继续使用了，可以释放掉了。

补充：

对于__unsafe_unretained修饰符，__unsafe_unretained 和 __weak 相似，是一种弱引用关系。区别在于如果一个对象没有强指针引用，则 __unsafe_unretained 引用不会被置为 nil，而是会变成一个野指针。

那有了 __weak，为什么还有 __unsafe_unretained 呢？
__unsafe_unretained 主要是跟 C 语言代码相互。此外，__weak 会消耗一定的性能，使用 __weak 需要检查对象是否被释放，在追踪是否被释放的时候需要追踪一些信息，则使用 __unsafe_unretained 比 __weak 快，消耗 CPU 资源也比 __weak 少。
而且一个对象有大量的 __weak 引用对象的时候，当对象被释放，那么此时就要遍历 weak 表，把表里所有的指针置空，消耗 CPU 资源。
综上所述，当明确知道对象的生命期时，选择 __unsafe_unretained 会有一些性能提升。但是 __unsafe_unretained 也容易引发野指针问题。

自动释放池

1，自动释放池底层怎么实现？

内存里面有栈，栈里面有自动释放池。自动释放池以栈的形式实现：当你创建一个新的自动释放池时，它将被添加到栈顶。当一个对象收到发送autorelease消息时,它被添加到当前线程的处于栈顶的自动释放池中，当自动释放池被回收时，它们从栈中被删除，并且会给池子里面所有的对象都会做一次release操作。
在iOS程序运行过程中，会创建无数个池子。这些池子都是以栈结构存在（先进后出）

2，自动释放池作用
将对象与自动释放池建立关系，池子内调用 autorelease 方法，在自动释放池销毁时销毁对象，延迟 release 销毁时间

3，苹果是如何实现 autoreleasepool 的？
autoreleasepool 以一个队列数组的形式实现，主要通过下列三个函数形成 objc_autoreleasepoolPush、objc_autoreleasepoolPop、objc_autorelease。
前两个函数执行 autorelease 的 push 和 pop 操作，销毁对象执行 release 操作。