autoreleasepool底层探索

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2024-04-17 14:01 67阅读 0赞

\#自动释放池初探 修改main.m里的代码如下：

int main(int argc, const char * argv[]) {
        @autoreleasepool {
        }
        return 0;
    }
    复制代码

我们通过clang命令来看一下main.m的c++实现：

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
    复制代码

打开.cpp查看，可以看到，被编译成这样，产生了一个\_\_AtAutoreleasePool类型的临时对象：

int main(int argc, const char * argv[]) {
        /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; 
        }
        return 0;
    }
    复制代码

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

\_\_AtAutoreleasePool里面有两个函数， \_\_AtAutoreleasePool() 和 ~\_\_AtAutoreleasePool() ，c++中 结构体名的函数表示初始化时调用， ~+结构体名的函数会在析构时调用。 来看一个例子：自定义一个结构体：（为了支持c++编译，需要把main.m改为main.mm）,然后来声明一个对象，查看log：

所以我们可以得出结论，自动释放池在初始化的时候执行了objc\_autoreleasePoolPush函数，在析构的时候执行了objc\_autoreleasePoolPop函数。

void * _objc_autoreleasePoolPush(void)
    {
        return objc_autoreleasePoolPush();
    }
    void * objc_autoreleasePoolPush(void)
    {
        return AutoreleasePoolPage::push();
    }
    
    void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
    {
        AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
    }
    void _objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
    {
        objc_autoreleasePoolPop(ctxt);
    }
    复制代码

AutoreleasePoolPage::push()：::是一个属性函数，说明AutoreleasePoolPage是一个结构体对象，来查看它的数据结构（为了便于理解，只列出其属性和我们需要查看的函数）：

/**
        struct magic_t {
            #   define EMPTY_POOL_PLACEHOLDER ((id*)1)      //空占位符
            #   define POOL_BOUNDARY nil        //边界符
            static const uint32_t M0 = 0xA1A1A1A1;
            #define M1 "AUTORELEASE!"
            static const size_t M1_len = 12;
            uint32_t m[4];
         */
        magic_t const magic;      // 4个uint32_t 占16位
    
        id *next;    //8位
        pthread_t const thread;    //8位
        AutoreleasePoolPage * const parent;    //8位    指向下一个page
        AutoreleasePoolPage *child;    //8位    指向上一个page
        uint32_t const depth;    //4位
        uint32_t hiwat;    //4位
    
        static void * operator new(size_t size) {
            return malloc_zone_memalign(malloc_default_zone(), SIZE, SIZE);
        }
    复制代码

我们来算一下这些属性占了多少位：入上图加起来可以得到一个数字：56。 接着往下看new函数，创建时的SIZE根据宏定义我们一步步寻找：得到的数字为：4096，即一个AutoreleasePoolPage所能容纳的大小

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
    
    #define PAGE_MAX_SIZE           PAGE_SIZE
    #define	PAGE_SIZE		I386_PGBYTES
    #define I386_PGBYTES		4096		/* bytes per 80386 page */
    复制代码

\#\#\#什么时候使用autoreleasepool ？

1.  大量的临时变量；
2.  某些非UI操作；
3.  自己创建的辅助线程等等。

要进行自动释放，第一步肯定是要先存进去，这样才能进行释放，每一个page可以容纳4096个字节，而自己本身占了56个，所以每一个page可以容纳的最多对象数为：（4096-56）/ 8 = 505个。 继续进行代码测试，并通过void\_objc\_autoreleasePoolPrint来打印出autoreleasepool的信息（void\_objc\_autoreleasePoolPrint为系统函数，这里把它挪出来方便调试）：

extern void_objc_autoreleasePoolPrint(void);
    int main(int argc, const char * argv[]) {
        @autoreleasepool {
            for (int i = 0; i < 505; i++) {
                NSObject * obj = [[NSObject alloc] init];
                void_objc_autoreleasePoolPrint();
            }
        }
        return 0;
    }
    
    objc[42414]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000bd5c0
    objc[42414]: 506 releases pending.
    objc[42414]: [0x103003000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
    objc[42414]: [0x103003038]  ################  POOL 0x103003038
    objc[42414]: [0x103003040]       0x10061d340  NSObject
    objc[42414]: [0x103003048]       0x100604c70  NSObject
    objc[42414]: [0x103003050]       0x100606ba0  NSObject
    objc[42414]: [0x103003058]       0x1006079b0  NSObject
    objc[42414]: [0x103003060]       0x10061d150  NSObject
    objc[42414]: [0x103003068]       0x100614f70  NSObject
    objc[42414]: [0x103003070]       0x100615280  NSObject
    objc[42414]: [0x103003078]       0x100611700  NSObject
    objc[42414]: [0x103003080]       0x10060ff80  NSObject
    objc[42414]: [0x103003088]       0x10060cc30  NSObject
    objc[42414]: [0x103003090]       0x100609e30  NSObject
    objc[42414]: [0x103003098]       0x100609fd0  NSObject
    objc[42414]: [0x1030030a0]       0x100605a00  NSObject
    objc[42414]: [0x1030030a8]       0x100607810  NSObject
    ...
    objc[42439]: [0x103002fe0]       0x10061e840  NSObject
    objc[42439]: [0x103002fe8]       0x10061e850  NSObject
    objc[42439]: [0x103002ff0]       0x10061e860  NSObject
    objc[42439]: [0x103002ff8]       0x10061e870  NSObject
    objc[42439]: [0x101005000]  ................  PAGE  (hot) 
    objc[42439]: [0x101005038]       0x10061e880  NSObject
    objc[42439]: ##############
    Program ended with exit code: 0
    复制代码

发现log信息里有两个page，并且第一个page的状态是从hot->cold ,第二个page的状态是hot，说明此时有两个page，第一个页面已经满了并置为cold状态，第二个page当前是激活状态（hot）。 但是这个为什么跟刚才算出来的不一样呢？505个应该是正好一页就够用了，为什么有个第二页呢？这是因为在添加第一个对象的时候有一个边界符:**POOL\_BOUNDARY**，边界符的作用就是做一个标记，比如删除的时候，删到什么时候为止呢？到了边界符就停止删除操作。

\#autoreleasepool源码解析 **autoreleasepool是由若干个AutoreleasePoolPage以双向链表的形式组合而成的栈结构（分别对应结构中的parent指针和child指针）** \#\#objc\_autoreleasePoolPush 接着\*\*AutoreleasePoolPage::push()\*\*进行源码分析，跳入push：

static inline void *push() 
        {
            id *dest;
            if (DebugPoolAllocation) {
                //区别DEBUG模式
                dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
            } else {
                //直接从边界符开始进行压栈操作
                 添加一个哨兵对象到自动释放池的链表栈中
                dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
            }
            return dest;
        }
    复制代码

\#\#\#autoreleaseFast

static inline id *autoreleaseFast(id obj)
        {
            AutoreleasePoolPage *page = hotPage();    //取到当前处于hot状态的page
            if (page && !page->full()) {    //取到了并且没满 直接add进去
                return page->add(obj);
            } else if (page) {      //取到了 但是满了 
                return autoreleaseFullPage(obj, page);
            } else {    //没有取到
                return autoreleaseNoPage(obj);
            }
        }
    复制代码

**autoreleaseFullPage**

static __attribute__((noinline))
        id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
        {
            //一个while循环，递归查找page->child，如果找到就把它设置成**hot**状态，没找到就**new**一个，最终通过page->add(obj)添加obj
            do {
                if (page->child) page = page->child;
                else page = new AutoreleasePoolPage(page);
            } while (page->full());
    
            setHotPage(page);
            return page->add(obj);
        }
    
        AutoreleasePoolPage(AutoreleasePoolPage *newParent) 
            : magic(), next(begin()), thread(pthread_self()),
              parent(newParent), child(nil), 
              depth(parent ? 1+parent->depth : 0), 
              hiwat(parent ? parent->hiwat : 0)
        { 
            if (parent) {
                parent->check();
                assert(!parent->child);
                parent->unprotect();
                parent->child = this;    //让它的parent的child指向自己，保持双向指向
                parent->protect();
            }
            protect();
        }
    
      //最终执行page->add(obj);
        id *add(id obj)
        {
            unprotect();
            id *ret = next;  // 获取当前的next指针
            *next++ = obj;  //让next指向obj   并且next++（先引用，再增加）
            protect();
            return ret;
        }
    复制代码

**autoreleaseNoPage**

id *autoreleaseNoPage(id obj)
        {
            bool pushExtraBoundary = false;
            if (haveEmptyPoolPlaceholder()) {
                //判断是不是已经有了占位符
                pushExtraBoundary = true;
            }
            else if (obj != POOL_BOUNDARY  &&  DebugMissingPools) {
                //出现异常
                objc_autoreleaseNoPool(obj);
                return nil;
            }
            else if (obj == POOL_BOUNDARY  &&  !DebugPoolAllocation) {
                //设置占位符
                return setEmptyPoolPlaceholder();
            }
    
            AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
            setHotPage(page);
            
            if (pushExtraBoundary) {
                page->add(POOL_BOUNDARY);    //开始的时候先add边界符POOL_BOUNDARY
            }
    
            return page->add(obj);      //最终执行page->add
        }
    复制代码

**总结一下：**

1.  没有page的时候，创建第一个page，并且add一个边界符；
2.  开始正常add对象；
3.  page add满了后，创建一个新的page，并设置为hot，此时parent变为cold \#\#objc\_autoreleasePoolPop

static inline void pop(void *token)     // token指针指向栈顶的地址
        {
            AutoreleasePoolPage *page;
            id *stop;
    
            page = pageForPointer(token);    // 通过栈顶的地址找到对应的page
    
            page->releaseUntil(stop);    // 从栈顶开始操作出栈，并向栈中的对象发送release消息，直到遇到第一个哨兵对象，这一步会删除掉每个page里的每个对象
    
            // 删除所有空page
            if (DebugPoolAllocation  &&  page->empty()) {
                AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
                page->kill();      //杀掉自己
                setHotPage(parent);    //将parent置为hot
            } else if (DebugMissingPools  &&  page->empty()  &&  !page->parent) {
              //page已经没有parent了，直接杀死
                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();
                }
            }
        }
    
       
        void releaseUntil(id *stop) 
        {
            while (this->next != stop) {
                AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    
                while (page->empty()) {
                    page = page->parent;    //page里的对象已经全部删了，将page指向parent，并置为hot
                    setHotPage(page);
                }
                page->unprotect();
                id obj = *--page->next;    //获取到要释放的对象
                memset((void*)page->next, SCRIBBLE, sizeof(*page->next));
                page->protect();
    
                if (obj != POOL_BOUNDARY) {
                    objc_release(obj);   //向page中每一个对象发送release
                }
            }
            setHotPage(this);
        }
    
    //page kill操作
        void kill() 
        {
            AutoreleasePoolPage *page = this;
            while (page->child) page = page->child;    //递归找到最下面一层的page
    
            AutoreleasePoolPage *deathptr;
            do {
                deathptr = page;
                page = page->parent;    //指向parent
                if (page) {
                    page->unprotect();
                    page->child = nil;    //删掉自己
                    page->protect();
                }
                delete deathptr;
            } while (deathptr != this);
        }
    复制代码

**总结一下：**

1.  删除page里的每一个对象，然后将page指向parent并置为hot，进行递归
2.  删除所有空的page

所以，出了autoreleasepool的作用域空间，就会释放掉所有的对象。

\#autoreleasepool与runloop 苹果在主线程 RunLoop 里注册了两个 Observer： 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(准备进入睡眠) 和 Exit(即将退出Loop)， BeforeWaiting(准备进入睡眠)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。

转载于:https://juejin.im/post/5d22f34b6fb9a07ef90cbd25