Autoreleasepool自动释放池-源码

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();}voidobjc_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