iOS内存管理（MRC、ARC）深入浅出

内存管理方式首先明确一点，无论在MRC还是ARC情况下，Objective-C采用的是引用计数式的内存管理方式，这一方式的特点：自己生成的对象，自己持有。例如：NSObject * __strong obj = [[NSObject alloc]init];。
非自己生成的对象，自己也能持有。例如：NSMutableArray * __strong array = [NSMutableArray array];。
不再需要自己持有对象时释放。
无法释放非自己持有的对象。

对象操作	Objective-C方法
生成并持有对象	alloc/new/copy/mutableCopy等方法
持有对象	retain方法
释放对象	release方法
废弃对象	dealloc方法

自己生成的对象，自己持有

在iOS内存管理中有四个关键字，alloc、new、copy、mutableCopy，自身使用这些关键字产生对象,那么自身就持有了对象非自己生成的对象，自己也能持有不再需要自己持有对象时释放无法释放非自己持有的对象针对[NSMutableArray array]方法取得的对象存在，自己却不持有对象，底层大致实现：使用了autorelease方法，将obj注册到autoreleasePool中，不会立即释放，当pool结束时再自动调用release。这样达到取得的对象存在，自己不持有对象。autorelease顾名思义：autorelease就是自动释放，它和C语言的局部变量类似，C语言局部变量在程序执行时，超出其作用域时，会被自动废弃。autorelease会像C语言局部变量那样对待对象实例，当超出作用域时，对象实例的release实例方法会被调用。我们可以设定autorelease的作用域。autorelease具体使用方法生成并持有NSAutoreleasePool对象
调用已分配对象的autorelease实例方法
废弃NSAutoreleasePool对象


NSAutoreleasePool生命周期NSAutoreleasePool对象的生命周期就是一个作用域，对于所有调用过autorelease实例方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool对象时，都会调用其release实例方法。如上图所示。用源代码表示如下：在[pool drain]调用时，NSAutoreleasePool被销毁，obj的release方法会被触发。obj被释放。autorelease苹果实现可以通过objc4库的runtime/objc-arr.mm来确认苹果中autorelease的实现。我们使用调速器来观察NSAutoreleasePool类方法和autorelease方法的运行过程，如下所示，这些方法调用了关联于objc4库autorelease实现的函数。在iOS程序启动后，主线程会自动创建一个RunLoop，苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()。第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush() 创建自动释放池。其 order 是-2147483647，优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前。第二个 Observer 监视了两个事件： BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush() 释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop() 来释放自动释放池。这个 Observer 的 order 是 2147483647，优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。在主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被 RunLoop 创建好的 AutoreleasePool 环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不一定非得显示创建 Pool 了。runloop相关尽管如此，在大量产生autorelease的对象时，只要NSAutoreleasePool没有被废弃，那么产生的对象就不能被释放，因此会产生内存不足的现象。例如：读入大量图像的同时改变其尺寸。图像文件读入到NSData对象，并从中生成UIImage对象，改变该对象尺寸后生成新的UIImage对象。这种情况会产生大量autorelease对象。在这种情况下，应当在适当的位置生成、持有或废弃NSAutoreleasePool对象使用容器的block版本的枚举器时，内部会自动添加一个AutoreleasePool：所有权修饰符及其原理在 ARC 特性下有 4 种与内存管理息息相关的变量所有权修饰符值得我们关注：__strong
__weak
__unsafe_unretaied
__autoreleasing
说到变量所有权修饰符，有人可能会跟属性修饰符搞混，这里做一个对照关系小结：assign 对应的所有权类型是 __unsafe_unretained。
copy 对应的所有权类型是 __strong。
retain 对应的所有权类型是 __strong。
strong 对应的所有权类型是 __strong。
unsafe_unretained对应的所有权类型是__unsafe_unretained。
weak 对应的所有权类型是 __weak。
__strong__strong 表示强引用，对应定义 property 时用到的 strong。当对象没有任何一个强引用指向它时，它才会被释放。如果在声明引用时不加修饰符，那么引用将默认是强引用。当需要释放强引用指向的对象时，需要保证所有指向对象强引用置为 nil。__strong 修饰符是 id 类型和对象类型默认的所有权修饰符。原理：虽然ARC有效时不能使用release方法，但由此可知编译器自动插入了release。
对象是通过除alloc、new、copy、multyCopy外方法产生的情况结果与之前稍有不同：objc_retainAutoreleasedReturnValue函数主要用于优化程序的运行。它是用于持有(retain)对象的函数，它持有的对象应为返回注册在autoreleasePool中对象的方法，或是函数的返回值。像该源码这样，在调用array类方法之后，由编译器插入该函数。而这种objc_retainAutoreleasedReturnValue函数是成对存在的，与之对应的函数是objc_autoreleaseReturnValue。它用于array类方法返回对象的实现上。下面看看NSMutableArray类的array方法通过编译器进行了怎样的转换：我们可以看见调用了objc_autoreleaseReturnValue函数且这个函数会返回注册到自动释放池的对象，但是，这个函数有个特点，它会查看调用方的命令执行列表，如果发现接下来会调用objc_retainAutoreleasedReturnValue则不会将返回的对象注册到autoreleasePool中而仅仅返回一个对象。达到了一种最优效果。如下图：


省略了autoreleasePool注册__weak__weak 表示弱引用，对应定义 property 时用到的 weak。弱引用不会影响对象的释放，而当对象被释放时，所有指向它的弱引用都会自定被置为 nil，这样可以防止野指针。使用__weak修饰的变量，即是使用注册到autoreleasePool中的对象。__weak 最常见的一个作用就是用来避免循环循环。需要注意的是，__weak 修饰符只能用于 iOS5 以上的版本，在 iOS4 及更低的版本中使用 __unsafe_unretained 修饰符来代替。__weak 的几个使用场景：在 Delegate 关系中防止循环引用。
在 Block 中防止循环引用。
用来修饰指向由 Interface Builder 创建的控件。比如：@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *testButton;。
原理编译器转换后的代码如下:对于__weak内存管理也借助了类似于引用计数表的散列表，它通过对象的内存地址做为key，而对应的__weak修饰符变量的地址作为value注册到weak表中，在上述代码中objc_initweak就是完成这部分操作，而objc_destroyWeak则是销毁该对象对应的value。当指向的对象被销毁时，会通过其内存地址，去weak表中查找对应的__weak修饰符变量，将其从weak表中删除。所以，weak在修饰只是让weak表增加了记录没有引起引用计数表的变化.对象通过objc_release释放对象内存的动作如下:objc_release
因为引用计数为0所以执行dealloc
_objc_rootDealloc
objc_dispose
objc_destructInstance
objc_clear_deallocating
而在对象被废弃时最后调用了objc_clear_deallocating，该函数的动作如下:从weak表中获取已废弃对象内存地址对应的所有记录
将已废弃对象内存地址对应的记录中所有以weak修饰的变量都置为nil
从weak表删除已废弃对象内存地址对应的记录
根据已废弃对象内存地址从引用计数表中找到对应记录删除
据此可以解释为什么对象被销毁时对应的weak指针变量全部都置为nil，同时，也看出来销毁weak步骤较多，如果大量使用weak的话会增加CPU的负荷。还需要确认一点是：__weak修饰符的变量，即是使用注册到autoreleasePool中的对象。编译器转换上述代码如下:objc_loadWeakRetained函数获取附有__weak修饰符变量所引用的对象并retain, objc_autorelease函数将对象放入autoreleasePool中，据此当我们访问weak修饰指针指向的对象时，实际上是访问注册到自动释放池的对象。因此，如果大量使用weak的话，在我们去访问weak修饰的对象时，会有大量对象注册到自动释放池,这会影响程序的性能。解决方案：要访问weak修饰的变量时，先将其赋给一个strong变量，然后进行访问为什么访问weak修饰的对象就会访问注册到自动释放池的对象呢?因为weak不会引起对象的引用计数器变化，因此，该对象在运行过程中很有可能会被释放。所以，需要将对象注册到自动释放池中并在autoreleasePool销毁时释放对象占用的内存。__unsafe_unretainedARC 是在 iOS5 引入的，而 __unsafe_unretained 这个修饰符主要是为了在ARC刚发布时兼容iOS4以及版本更低的系统，因为这些版本没有弱引用机制。这个修饰符在定义property时对应的是unsafe_unretained。__unsafe_unretained 修饰的指针纯粹只是指向对象，没有任何额外的操作，不会去持有对象使得对象的 retainCount +1。而在指向的对象被释放时依然原原本本地指向原来的对象地址，不会被自动置为 nil，所以成为了野指针，非常不安全。__unsafe_unretained 的应用场景：在 ARC 环境下但是要兼容 iOS4.x 的版本，用__unsafe_unretained 替代 __weak 解决强循环循环的问题。__autoreleasing将对象赋值给附有__autoreleasing修饰符的变量等同于MRC时调用对象的autorelease方法。编译器转换上述代码如下:编译器转换上述代码如下:上面两种方式，虽然第二种持有对象的方法从alloc方法变为了objc_retainAutoreleasedReturnValue函数，都是通过objc_autorelease，注册到autoreleasePool中。ARC 模式规则ARC 模式下，还有一些需要注意的规则：不能显式使用 retain/release/retainCount/autorelease。
不能使用 NSAllocateObject/NSDeallocateObject。
需要遵守内存管理的方法命名规则。在 ARC 模式和 MRC 模式下，以 alloc/new/copy/mutableCopy 开头的方法在返回对象时都必须返回给调用方所应当持有的对象。在 ARC 模式下，追加一条：以 init 开头的方法必须是实例方法并且必须要返回对象。返回的对象应为 id 类型或声明该方法的类的对象类型，或是该类的超类型或子类型。该返回的对象并不注册到 Autorelease Pool 中，基本上只是对 alloc 方法返回值的对象进行初始化处理并返回该对象。需要注意的是：- (void)initialize; 方法虽然是以 init 开头但是并不包含在上述规则中。
不要显式调用 dealloc。
使用 @autoreleasepool 块替代 NSAutoreleasePool。
不能使用区域（NSZone）。
对象型变量不能作为 C 语言结构体（struct/union）的成员。
显式转换 id 和 void *。
Toll-Free BridgingMRC 下的 Toll－Free Bridging 因为不涉及内存管理的转移，相互之间可以直接交换使用，当使用 ARC 时，由于Core Foundation 框架并不支持 ARC，此时编译器不知道该如何处理这个同时有 ObjC 指针和 CFTypeRef 指向的对象，所以除了转换类型，还需指定内存管理所有权的改变，可通过 __bridge、__bridge_retained 和 CFBridgingRetain、__bridge_transfer 和 CFBridgingRelease。__bridge只是声明类型转变，但是不做内存管理规则的转变。比如：只是做了 NSString 到 CFStringRef 的转化，但管理规则未变，依然要用 Objective-C 类型的 ARC 来管理 s1，你不能用 CFRelease() 去释放 s1。__bridge_retained or CFBridgingRetain表示将指针类型转变的同时，将内存管理的责任由原来的 Objective-C 交给Core Foundation 来处理，也就是，将 ARC 转变为 MRC。比如，还是上面那个例子我们在第二行做了转化，这时内存管理规则由 ARC 变为了 MRC，我们需要手动的来管理 s2 的内存，而对于 s1，我们即使将其置为 nil，也不能释放内存。__bridge_transfer or CFBridgingRelease这个修饰符和函数的功能和上面那个 __bridge_retained 相反，它表示将管理的责任由 Core Foundation 转交给 Objective-C，即将管理方式由 MRC 转变为 ARC。比如：这里我们将 result 的管理责任交给了 ARC 来处理，我们就不需要再显式地将 CFRelease() 了。其他之前写的和内存管理有些许相关：为什么声明NString，NSArray等需要使用copy，使用strong有什么问题，深拷贝和浅拷贝，block为什么使用copy。