ARC时代的内存管理

时间：2023-04-26 20:11:26

什么是ARC

Automatic Reference Counting (ARC) is a compiler feature that provides automatic memory management of Objective-C objects. Rather than having to think about retain and release operations [^1]

[^1]: Transitioning to ARC Release Notes

ARC提供是一个编译器的特性，帮助我们在编译的时候自动插入管理引用计数的代码。

最重要的是我们要认识到ARC的本质仍然是通过引用计数来管理内存。因此有时候如果我们操作不当,仍然会有内存泄露的危险。下面就总结一下ARC时代可能出现内存泄露的场景。

内存泄露类型

1. 循环引用

基于引用计数的内存管理机制无法绕过的一个问题便是循环引用（retain cycle）

(Python同样也采用了基于引用计数的内存管理,但是它采用了另外的机制来清除引用循环导致的内存泄露，而OC和Swift需要我们自己来处理这样的问题[^2])

  • 对象之间的循环引用：使用弱引用避免

  • block与对象之间的循环引用：

会导致Block与对象之间的循环引用的情况有：

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self.myBlock = ^{ self.someProperty = XXX; };

对于这种Block与Self直接循环引用的情况,编译器会给出提示。

但是对于有多个对象参与的情况,编译器便无能为力了,因此涉及到block内使用到self的情况,我们需要非常谨慎。（推荐涉及到self的情况,如果自己不是非常清楚对象引用关系,统一使用解决方案处理）

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someObject.someBlock = ^{ self.someProperty = XXX; }; //还没有循环引用
self.someObjectWithBlock = someObject; // 导致循环引用,且编译器不会提醒

解决方案：

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__weak SomeObjectClass *weakSelf = self;
SomeBlockType someBlock = ^{
SomeObjectClass *strongSelf = weakSelf;
if (strongSelf == nil) {
// The original self doesn't exist anymore.
// Ignore, notify or otherwise handle this case.
}
[strongSelf someMethod];
};

我们还有一种更简便的方法来进行处理,实际原理与上面是一样的,但简化后的指令更易用。

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@weakify(self)
[self.context performBlock:^{
// Analog to strongSelf in previous code snippet.
@strongify(self)
// You can just reference self as you normally would. Hurray.
NSError *error;
[self.context save:&error];
// Do something
}];

你可以在这里找到@weakify,@strongify工具：MyTools_iOS

[^2]: How does Python deal with retain cycles?

1. NSTimer

一般情况下在Action/Target模式里 target一般都是被weak引用,除了NSTimer。

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+ (NSTimer *)timerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)seconds
target:(id)target
selector:(SEL)aSelector
userInfo:(id)userInfo
repeats:(BOOL)repeats

NSTimer Class Reference指出NSTimer会强引用target。

target

The object to which to send the message specified by aSelector when the timer fires. The timer maintains a strong reference to this object until it (the timer) is invalidated.

然后官方的Timer Programming Topics指出： 我们不应该在dealloc中invalidate timer。

A timer maintains a strong reference to its target. This means that as long as a timer remains valid, its target will not be deallocated. As a corollary, this means that it does not make sense for a timer’s target to try to invalidate the timer in its dealloc
method—the dealloc method will not be invoked as long as the timer is valid.

举一个例子，我们让timer在我们的ViewController中不断调用handleTimer方法.

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- (void)viewDidLoad
{
[super viewDidload];
self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1
target:self
selector:@selector(handleTimer:)
userInfo:nil
repeats:YES];
}

这个时候，timer和我们的ViewController就是循环引用的。即使我们在dealloc方法中invalidate timer也是没用的。因为timer强引用着VC。而dealloc是在对象销毁的时候才会被调用。

ARC时代的内存管理

可能有人会有疑惑，如果VC不强引用timer。会发生什么呢？

NSTimer Class Reference指出: Runloop会强引用tiemr。这是理所当然的，因为如果一个timer是循环的，如果没被强引用，那么在函数返回后（比如上面的viewDidLoad函数），则会被销毁。自然就不能不断循环地通知持有的target。

Note in particular that run loops maintain strong references to their timers, so you don’t have to maintain your own strong reference to a timer after you have added it to a run loop.

这个时候，Runloop, Timer和ViewController的关系是这样的。

ARC时代的内存管理

因为main runloop 的生命周期跟应用的生命周期是一致的，所以如果我们不主动invalidate timer,runloop就会一直持有timer,而timer也一直持有ViewController。同样也造成了内存泄露。

因此在使用NSTimer时，特别是循环的NSTimer时。我们需要注意在什么地方invalidate计时器，在上面这个例子，我们可以在viewWillDisappear里面做这样的工作。

Swift's ARC

在Swift中,ARC的机制与Objective-C基本是一致的。

相对应的解决方案：

  • 对象之间的循环引用：使用弱引用避免

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protocol aProtocol:class{}
class aClass{
weak var delegate:aProtocol?
}

注意到这里,aProtocol通过在继承列表中添加关键词class来限制协议只能被class类型所遵循。这也是为什么我们能够声明delegate为weak的原因,weak仅适用于引用类型。而在Swift,enum与struct这些值类型中也是可以遵循协议的。

  • 闭包引起的循环引用：

Swift提供了一个叫closure capture list的解决方案。

语法很简单,就是在闭包的前面用[]声明一个捕获列表。

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let closure = { [weak self] in
self?.doSomething() //Remember, all weak variables are Optionals!
}

我们用一个实际的例子来介绍一下,比如我们常用的NotificationCenter：

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class aClass{
var name:String
init(name:String){
self.name = name
NSNotificationCenter.defaultCenter().addObserverForName("print", object: self, queue: nil)
{ [weak self] notification in print("hello \(self?.name)")}
}
deinit{
NSNotificationCenter.defaultCenter().removeObserver(self)
}
}

Swift的新东西

swift为我们引入了一个新的关键词unowned。这个关键词同样用来管理内存和避免引用循环,和weak一样,unowned不会导致引用计数+1。

1. 那么几时用weak,几时用unowned呢？

举上面Notification的例子来说：

  • 如果Self在闭包被调用的时候有可能是Nil。则使用weak

  • 如果Self在闭包被调用的时候永远不会是Nil。则使用unowned

2. 那么使用unowned有什么坏处呢？

如果我们没有确定好Self在闭包里调用的时候不会是Nil就使用了unowned。当闭包调用的时候,访问到声明为unowned的Self时。程序就会奔溃。这类似于访问了悬挂指针（进一步了解，请阅读Crash
in Cocoa）

对于熟悉Objective-C的大家来说,unowned在这里就类似于OC的unsafe_unretained。在对象被清除后,声明为weak的对象会置为nil,而声明为unowned的对象则不会。

3. 那么既然unowned可能会导致崩溃,为什么我们不全部都用weak来声明呢？

原因是使用unowned声明,我们能直接访问。而用weak声明的,我们需要unwarp后才能使用。并且直接访问在速度上也更快。（这位国外的猿说:Unowned is faster and allows for immutability and nonoptionality. If you don't need weak,
don't use it.）

其实说到底,unowned的引入是因为Swift的Optional机制。

因此我们可以根据实际情况来选择使用weak还是unowned。个人建议,如果无法确定声明对象在闭包调用的时候永远不会是nil,还是使用weak来声明。安全更重要。

延伸阅读：从Objective-C到Swift

参考链接：

shall-we-always-use-unowned-self-inside-closure-in-swif

what-is-the-difference-between-a-weak-reference-and-an-unowned-reference

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