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Autoreleasepool 相关的内容是在面试中比较容易被问到的。之前呢，谈到 Autoreleasepool 只能粗浅的了解到自动释放池与内存的管理有关，具体是怎么样来管理和释放对象，并没有深入的学习，本文是笔者在深入学习 Autoreleasepool 之后的总结和心得，希望对大家有帮助。
main 函数
首先我们从 main 函数开始，main 函数是我们应用的入口。
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
可以看出，我们整个 iOS 应用都是包含在一个自动释放池中。而且在现在的 ARC 环境中，自动释放池的用法就是这样子 @autoreleasepool {}。
@autoreleasepool
这个 @autoreleasepool{} 大家都会用，我们的代码直接写在这个大括号内即可。我们代码中的对象是怎样加到自动释放池中的，最后又是怎么样被释放的呢？
我们要先知道这个 @autoreleasepool 到底是什么。
从网上的一些博客中可以学到的，在命令行使用 clang -rewrite-objc main.m 让编译器重新改写 main 函数所在的这个文件。当然了这一步我并没有操作，直接“盗用”了大家的结果。
从上图中可以看出，@autoreleasepool 被转换为了一个__AtAutoreleasePool 结构体。然后通过在 main.cpp 中查找找到这个结构体的定义。
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};
这个结构体在初始化是调用 objc_autoreleasePoolPush()，在析构时调用 objc_autoreleasePoolPop()。
经过整理，可以把 main 函数中实际的代码应该是类似这样的。
int main(int argc, const char * argv[]) {
{
void * atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
// do whatever you want
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}
return 0;
}
下面就是正式的通过源码来学习 Autoreleasepool 了
Autoreleasepool 源码
上面我们提到了 mian 函数中的 @autoreleasepool 其实最终转成了 objc_autoreleasePoolPush() 和 objc_autoreleasePoolPop() 这两个方法的调用，我们去源码中搜一下这两个函数。
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
有源码可以看出，这两个函数就是对 AutoreleasePoolPage 类的 pish 和 pop 方法的封装，所以我们来着重看 AutoreleasePoolPage 类。
AutoreleasePoolPage
简化一下代码，先看类的部分属性
class AutoreleasePoolPage {
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
magic_t const magic;
id *next;
pthread_t const thread;
AutoreleasePoolPage * const parent;
AutoreleasePoolPage *child;
uint32_t const depth;
uint32_t hiwat;
};
熟悉链表的朋友，看到这个 parent 和 child 就差不多能猜出来了，每一个自动释放池其实是一个双向链表，链表的每一个结点就是这个 AutoreleasePoolPage，每个 AutoreleasePoolPage 的大小为 4096 字节
#define I386_PGBYTES 4096
#define PAGE_SIZE I386_PGBYTES
自动释放池中的栈（转载）
如果我们的一个 AutoreleasePoolPage 被初始化在内存的 0x100816000 ~ 0x100817000 中，它在内存中的结构如下：
其中有 56 bit 用于存储 AutoreleasePoolPage 的成员变量，剩下的 0x100816038 ~ 0x100817000 都是用来存储加入到自动释放池中的对象。
begin() 和 end() 这两个实例方法帮助我们快速获取 0x100816038 ~ 0x100817000 这一范围的边界地址。
next 指向了下一个为空的内存地址，如果 next 指向的地址加入一个 object，它就会如下图所示移动到下一个为空的内存地址中：
从图片中我们可以看到在 AutoreleasePoolPage 的栈中出现了一个 POOL_SENTINEL，我们称之为哨兵对象。
#define POOL_SENTINEL nil
其实哨兵对象只是 nil 的别名，他有啥作用呢 ?
每个自动释放池初始化在调用 objc_autoreleasePoolPush 的时候，都会把一个 POOL_SENTINELpush 到自动释放池的栈顶，并且返回这个 POOL_SENTINEL 的地址。
int main(int argc, const char * argv[]) {
{
void * atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
// do whatever you want
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}
return 0;
}
上面这个 atautoreleasepoolobj 就是一个 POOL_SENTINEL。可以看到在调用 objc_autoreleasePoolPop 时，会传进去这个地址：
根据传入的哨兵对象地址找到哨兵对象所处的 page
在当前 page 中，将晚于哨兵对象插入的所有 autorelease 对象都发送一次 - release 消息，并向回移动 next 指针到正确位置
补充 2：从最新加入的对象一直向前清理，可以向前跨越若干个 page，直到哨兵所在的 page
因为自动释放池是一个双向链表，而且每一个 page 的空间有限，所以会存在当前 page 已满的情况，也就出现了一个自动释放池跨越几个 page 的情况，所以在 release 的时候，也要顺着链表全部清理掉。
objc_autoreleasePoolPush
static inline void *push()
{
id *dest;
if (DebugPoolAllocation) {
// Each autorelease pool starts on a new pool page.
dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
} else {
dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}
assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
return dest;
}
经查阅，DebugPoolAllocation 是来区别调试模式的，我们主要看 autoreleaseFast 这个函数。
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 {
return autoreleaseNoPage(obj);
}
}
hotPage() 我们可以理解为获取当前的 AutoreleasePoolPage，获取到当前 page 之后又根据 page 是否已满来区别处理。
有 hotPage 并且当前 page 不满
调用 page->add(obj) 方法将对象添加至 AutoreleasePoolPage 的栈中
有 hotPage 并且当前 page 已满
调用 autoreleaseFullPage 初始化一个新的页
调用 page->add(obj) 方法将对象添加至 AutoreleasePoolPage 的栈中
无 hotPage
调用 autoreleaseNoPage 创建一个 hotPage
调用 page->add(obj) 方法将对象添加至 AutoreleasePoolPage 的栈中
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
{
// The hot page is full.
// Step to the next non-full page, adding a new page if necessary.
// Then add the object to that page.
assert(page == hotPage());
assert(page->full() || DebugPoolAllocation);
do {
if (page->child) page = page->child;
else page = new AutoreleasePoolPage(page);
} while (page->full());
setHotPage(page);
return page->add(obj);
}
上面代码中的函数是在 page 已满的时候调用，从源码中可以看出通过传入的 page 遍历链表，直到找到一个未满的 page，如果遍历到最后一个结点也没有未满的，就新建一个 new AutoreleasePoolPage(page);。并且要把找到的满足条件的这个 page 设置为 hotPage。
objc_autoreleasePoolPop
我们看一下 pop 的源码，里面内容很多，我们精简了一下。
static inline void pop(void *token) {
AutoreleasePoolPage *page = pageForPointer(token);
id *stop = (id *)token;
page->releaseUntil(stop);
if (page->child) {
// 不清楚为什么要用下面这个 if 分类
if (page->lessThanHalfFull()) {
page->child->kill();
} else if (page->child->child) {
page->child->child->kill();
}
}
}
通过 token 调用 pageForPointer() 方法获取到当前的 AutoreleasePoolPage，然后调用 releaseUntil() 释放 page 中的对象，直到 stop，child 节点调用 kill() 方法。
void kill() {
AutoreleasePoolPage *page = this;
// 通过循环先找到最后一个节点
while (page->child) page = page->child;
AutoreleasePoolPage *deathptr;
// 通过 do-while 循环，依次从后往前置为 nil
do {
deathptr = page;
page = page->parent;
if (page) {
page->unprotect();
page->child = nil;
page->protect();
}
delete deathptr;
} while (deathptr != this);
}
pageForPointer() 主要是通过内存地址的操作，获取当前指针所在页的首地址，releaseUntil() 也是通过一个循环来释放所有的对象，具体的源码大家可以自己看一下。
Autorelease 对象什么时候释放
在没有手动加 AutoreleasePool 的情况下，Autorelease 对象都是在当前的 runloop 迭代结束时释放的，因为系统在每个 runloop 迭代中都加入了自动释放池 Push 和 Pop。
这个问题又要跟 runloop 联系到一起了，等我们研究过 runloop 的源码，对这个问题应该就有更深刻的认识了。
参考文章
自动释放池的前世今生黑幕背后的 Autorelease
