iOS之内存管理

#本篇的主题是iOS中的 “内存管理机制”。
说到内存管理机制，逃不过iOS的两种内存管理机制：MRC 和 ARC。

先简单介绍一下：
MRC（manual reference counting）：“手动引用计数” ，由开发者管理内存。
ARC（automatic reference counting）：“自动引用计数”，从iOS 5开始支持，由编译器帮忙管理内存。

苹果引入ARC机制的原因猜测：
iOS4之前，所有iOS开发者必须手动管理内存，即手动管理对象的内存分配和释放。首先，不断插入retain、release等内存管理语句，大大加大了工作量和代码量。其次，在面对一些多线程并发操作时，开发者手动管理内存并不简单，还可能会带来很多无法预知的问题。
所以，苹果从iOS5开始引进ARC机制，由编译器帮忙管理内存。在编译期，编译器会自动加上内存管理语句。这样，开发者可以更加关注业务逻辑。

##下面进入正题：内存管理。

一、理解引用计数

引用计数工作原理：

这边引用我正在看的《Object-C 高级编程 iOS与OSX多线程和内存管理》这本书的例子：

经典例子：

解释：
1、开灯：引申：“ 创建对象 ”。
2、关灯：引申：“ 创建对象 ”。

解释：
1、有人来上班打卡：开灯。– （创建对象，计数为1）
2、又有人来：保持开灯。–（保持对象，计数为2）
3、又有人来：保持开灯。–（保持对象，计数为3）
4、有人下班了：保持开灯。–（保持对象，计数为2）
5、又有人下班了：保持开灯。–（保持对象，计数为1）
6、所有人都下班了：关灯。–（销毁对象，计数为0）

如果觉得本书中的例子说的有点抽象难懂，没关系，请看下面图解示例：
提示：实箭头为强引用，虚箭头为弱引用

属性存取方法的内存管理

这边举一个set方法的例子：

解释：object中得到新值，_object存储着旧值。而set方法将保留新值，释放旧值，然后更新实例变量。这三个语句的顺序很重要。

如果先release再retain。那么该对象可能已经被回收，此时retain操作无效，因为对象已释放。这时实例变量就变成了悬挂指针。悬挂指针：指针指nil的指针。

自动释放池

在我们写iOS程序时，main函数里就有一个autoreleasepool（自动释放池）。

autorelease能延长对象的生命周期，在对象跨越“方法调用边界”后（就是}后）依然可以存活一段时间。

循环引用

循环引用（retain cycle）又称为“保留环”。
形成循环引用的原因：是对象之间互相通过强指针指向对方（或者说互相强持有对方）

在开发中，我们不希望出现循环引用，因为会造成内存泄漏。

解决方案：有一方使用弱引用（weak reference）,解开循环引用，让多个对象得到释放。

PS：关于如何检验项目中是否有内存泄漏：1、静态内存泄漏分析方法；2、动态内存泄漏分析方法。

二、以ARC简化引用计数

在ARC环境下，禁止调用：retain、release、autorelease、dealloc方法。

使用ARC时必须遵循的方法命名规则：
若方法名以alloc、new、copy、mutableCopy开头，则规定返回的对象归调用者。

变量的内存管理语义：

对比一下MRC和ARC在代码上的区别

MRC环境下：

这样会出现一种边界情况，如果新值和旧值是同一个对象，那么会先释放掉，object就变成悬挂指针。

ARC环境下：

ARC会用一种更安全的方式解决边界问题：先保留新值，再释放旧值，最后更新实例变量。

同时，ARC可以通过修饰符来改变局部变量和实例变量的语义：

ARC如何清理实例变量：

MRC中，开发者需要在dealloc中动插入必要的清理代码（cleanup code）。

而ARC会借用Object-C++的一项特性来完成清理任务，回收OC++对象时，会调用C++的析构函数；走底层.cxx_destruct方法。而当释放OC对象时，ARC在.cxx_destruct底层方法中添加所需要的清理代码（这个方法底层的某个时机会调用dealloc方法）。

不过如果有非OC对象，还是需要写dealloc方法。比如CoreFoundation中的对象或是malloc()分配在堆中的内存依然需要清理。这时要适时调用CFRetain/CFRelease。

三、dealloc方法中只释放引用并解除监听

调用dealloc方法时，对象已经处于回收状态了。这时不能调用其他方法，尤其是异步执行某些任务又要回调的方法。如果异步执行完回调的时候对象已经摧毁，会直接crash。

dealloc方法里要做些释放相关的事情，比如：

释放指向其他对象的引用。
取消订阅KVO。
取消NSNotification通知。

举个栗子:

KVO:

- (void)viewDidLoad {

    //....

    [webView addObserver:self forKeyPath:@"canGoBack" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    [webView addObserver:self forKeyPath:@"canGoForward" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    [webView addObserver:self forKeyPath:@"title" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    [webView addObserver:self forKeyPath:@"estimatedProgress" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
}

#pragma mark - KVO

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{

    self.backItem.enabled = self.webView.canGoBack;
    self.forwardItem.enabled = self.webView.canGoForward;
    self.title = self.webView.title;
    self.progressView.progress = self.webView.estimatedProgress;
    self.progressView.hidden = self.webView.estimatedProgress>=1;
}

- (void)dealloc {

    [self.webView removeObserver:self forKeyPath:@"canGoBack"];//< 移除KVO
    [self.webView removeObserver:self forKeyPath:@"canGoForward"];
    [self.webView removeObserver:self forKeyPath:@"title"];
    [self.webView removeObserver:self forKeyPath:@"estimatedProgress"];
}   
```  
 
- NSNotificationCenter:

(void)viewDidLoad {

//……

// 添加响应通知
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(tabBarBtnRepeatClick) name:BQTabBarButtonDidRepeatClickNotification object:nil];
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(titleBtnRepeatClick) name:BQTitleButtonDidRepeatClickNotification object:nil];
}

// 移除通知

(void)dealloc {

// [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self name:BQTabBarButtonDidRepeatClickNotification object:nil];
// [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self name:BQTitleButtonDidRepeatClickNotification object:nil];

// 或者使用一个语句全部移除
[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];

}


### 四、编写“ 异常安全代码 ”时留意内存管理问题  

异常只应在发生严重错误后抛出。  

用的不好会造成内存泄漏：在try块中，如果保留了某个对象，然后在释放它之前又抛出异常，那么除非catch块能解决问题，否则对象所占内存就会泄漏。  

原因：C++的析构函数由Object-C的异常处理例程来运行。由于抛出异常会缩短生命周期，所以发生异常时必须析构，不然就内存泄漏，而这时如果文件句柄（file handle）等系统弄资源没有正确清理，就会发生内存泄漏。  

捕获异常时，一定要将try块内所创立的对象清理干净。  

ARC下，编译器默认不生成安全处理异常所需的清理代码。如要开启，请手动打开：-fobjc-arc-exceptions标志。但很影响性能。所以建议最好还是不要用。但有种情况是可以使用的:Object-C++模式。  

PS:在运行期系统，C++与Object-C的异常互相兼容。也就是说其中任一语言抛出的异常，能用另一语言所编的“异常处理程序”捕获。而在编写Object-C++代码时，C++处理异常所用的代码与ARC实现的附加代码类似，编译器自动打开-fobjc-arc-exceptions标志，其性能损失不大。  

最后，还是建议：  

* 异常只用于处理严重错误（fatal error，致命错误）  

* 对于一些不那么严重的错误（nofatal error，非致命错误）,有两种解决方案：  

    1、让对象返回nil或者0（例如：初始化的参数不合法，方法返回nil或0）  

    2、使用NSError    

### 五、以弱引用避免循环引用（避免内存泄漏）  

* 为了避免因循环引用而造成内存泄漏。这时，某些引用需要设置为弱引用（weak）  

* 使用弱引用weak，ARC下，对象释放时，指针会置为nil。

### 六、以 “自动释放池块” 降低内存峰值  

* 默认情况下：自动释放池需要等待线程执行下一次事件循环时才清空，通常for循环会不断创建新对象加入自动释放池里，循环结束才释放。因此，可能会占用大量内存。  

* 手动加入自动释放池子（@autoreleasepool）：每次for循环都会直接释放内存，从而降低了内存为峰值。  

尤其，在遍历处理一些大数组或者大字典时，可以使用自动释放池来降低内存峰值，例如：

NSArray qiShare = /一个很大的数组/
NSMutableArray qiShareMembersArray = [NSMutableArray new];
for (NSStirng name in qiShare) {
@autoreleasepool {
QiShareMember member = [QiShareMember alloc] initWithName:name];
[qiShareMembersArray addObject:member];
}
}
```
PS：自动释放池的原理：排布在“栈”中，对象执行autorelease消息后，系统将其放入最顶端的池里（进栈），而清空自动释放池就是把对象销毁（出栈）。而调用出栈的时机：就是当前线程执行下一次事件循环时。

七、用 “僵尸对象” 调试内存管理问题

如上图，勾选这里可以开启僵尸对象设置。开启之后，系统在回收对象时，不将其真正的回收，而是把它的isa指针指向特殊的僵尸类（zombie class），变成僵尸对象。僵尸类能够响应所有的选择子，响应方式为：打印一条包含消息内容以及其接收者的消息，然后终止应用程序。

僵尸对象简单原理：在Objective-C的运行期程序库、Foundation框架以及CoreFoundation框架的底层加入了实现代码。在系统即将回收对象时，通过一个环境变量NSZombieEnabled识别是僵尸对象——不彻底回收，isa指针指向僵尸类并且响应所有选择子。

八、不要使用retainCount

在苹果引入ARC之后retainCount已经正式废弃，任何时候都没法调用这个retainCount方法来查看引用计数了，因为这个值实际上已经没有准确性了（而且在ARC环境下也调用不了）。但是在MRC下还是可以正常使用的。