学计算机的那个

不是我觉到、悟到，你给不了我，给了也拿不住;只有我觉到、悟到，才有可能做到，能做到的才是我的.

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iOS内存管理之AutoreleasePool

发表于 更新于 分类于 ，

autoreleasePool 示例

mac OS 工程示例分析

iOS工程中，系统在自动释放池中注册了一些对象。为了排除这些干扰，接下来我们通过macOS工程代码示例，结合AutoreleasePoolPage的内存分布图以及_objc_autoreleasePoolPrint()私有函数，来帮助我们更好地理解@autoreleasepool的原理

注意：

由于ARC环境下不能调用autorelease等方法，所以需要将工程切换为MRC环境。
如果使用ARC，则可以使用__autoreleasing所有权修饰符替代autorelease方法。

单个 @autoreleasepool

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int main(int argc, const char * argv[]) {
    _objc_autoreleasePoolPrint();     // print1
    @autoreleasepool {
        _objc_autoreleasePoolPrint(); // print2
        HTPerson *p1 = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
        HTPerson *p2 = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
        _objc_autoreleasePoolPrint(); // print3
    }
    _objc_autoreleasePoolPrint();     // print4
    return 0;
}
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// 自动释放池的情况
objc[68122]: ############## (print1)
objc[68122]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68122]: 0 releases pending. //当前自动释放池中没有任何对象
objc[68122]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68122]: ##############

objc[68122]: ############## (print2)
objc[68122]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68122]: 1 releases pending. //当前自动释放池中有1个对象，这个对象为POOL_BOUNDARY
objc[68122]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68122]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038  //POOL_BOUNDARY
objc[68122]: ##############

objc[68122]: ############## (print3)
objc[68122]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68122]: 3 releases pending. //当前自动释放池中有3个对象
objc[68122]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68122]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038  //POOL_BOUNDARY
objc[68122]: [0x102802040]       0x100704a10  HTPerson          //p1
objc[68122]: [0x102802048]       0x10075cc30  HTPerson          //p2
objc[68122]: ##############

objc[68156]: ############## (print4)
objc[68156]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68156]: 0 releases pending. //当前自动释放池中没有任何对象，因为@autoreleasepool作用域结束，调用pop方法释放了对象
objc[68156]: [0x100810000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68156]: ##############

嵌套 @autoreleasepool

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int main(int argc, const char * argv[]) {
    _objc_autoreleasePoolPrint();             // print1
    @autoreleasepool { //r1 = push()
        _objc_autoreleasePoolPrint();         // print2
        HTPerson *p1 = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
        HTPerson *p2 = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
        _objc_autoreleasePoolPrint();         // print3
        @autoreleasepool { //r2 = push()
            HTPerson *p3 = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
            _objc_autoreleasePoolPrint();     // print4
            @autoreleasepool { //r3 = push()
                HTPerson *p4 = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
                _objc_autoreleasePoolPrint(); // print5
            } //pop(r3)
            _objc_autoreleasePoolPrint();     // print6
        } //pop(r2)
        _objc_autoreleasePoolPrint();         // print7
    } //pop(r1)
    _objc_autoreleasePoolPrint();             // print8
    return 0;
}
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// 自动释放池的情况
objc[68285]: ############## (print1)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 0 releases pending. //当前自动释放池中没有任何对象
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print2)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 1 releases pending. //当前自动释放池中有1个对象
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print3)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 3 releases pending. //当前自动释放池中有3个对象（1个@autoreleasepool）
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: [0x102802040]       0x100707d80  HTPerson          //p1
objc[68285]: [0x102802048]       0x100707de0  HTPerson          //p2
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print4)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 5 releases pending. //当前自动释放池中有5个对象（2个@autoreleasepool）
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: [0x102802040]       0x100707d80  HTPerson          //p1
objc[68285]: [0x102802048]       0x100707de0  HTPerson          //p2
objc[68285]: [0x102802050]  ################  POOL 0x102802050  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: [0x102802058]       0x1005065b0  HTPerson          //p3
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print5)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 7 releases pending. //当前自动释放池中有7个对象（3个@autoreleasepool）
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: [0x102802040]       0x100707d80  HTPerson          //p1
objc[68285]: [0x102802048]       0x100707de0  HTPerson          //p2
objc[68285]: [0x102802050]  ################  POOL 0x102802050  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: [0x102802058]       0x1005065b0  HTPerson          //p3
objc[68285]: [0x102802060]  ################  POOL 0x102802060  //POOL_BOUNDARY
objc[68285]: [0x102802068]       0x100551880  HTPerson          //p4
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print6)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 5 releases pending. //当前自动释放池中有5个对象（第3个@autoreleasepool已释放）
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038
objc[68285]: [0x102802040]       0x100707d80  HTPerson
objc[68285]: [0x102802048]       0x100707de0  HTPerson
objc[68285]: [0x102802050]  ################  POOL 0x102802050
objc[68285]: [0x102802058]       0x1005065b0  HTPerson
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print7)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 3 releases pending. //当前自动释放池中有3个对象（第2、3个@autoreleasepool已释放）
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: [0x102802038]  ################  POOL 0x102802038
objc[68285]: [0x102802040]       0x100707d80  HTPerson
objc[68285]: [0x102802048]       0x100707de0  HTPerson
objc[68285]: ##############

objc[68285]: ############## (print8)
objc[68285]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[68285]: 0 releases pending. //当前自动释放池没有任何对象（3个@autoreleasepool都已释放）
objc[68285]: [0x102802000]  ................  PAGE  (hot) (cold)
objc[68285]: ##############

复杂情况 @autoreleasepool

自动释放池（即所有的AutoreleasePoolPage对象）是以栈为结点通过双向链表的形式组合而成。每当Page满了的时候，就会创建一个新的Page，并设置它为hotPage，而首个Page为coldPage。接下来我们来看一下多个Page和多个@autoreleasepool嵌套的情况。

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int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool { //r1 = push()
        for (int i = 0; i < 600; i++) {
            HTPerson *p = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
        }
        @autoreleasepool { //r2 = push()
            for (int i = 0; i < 500; i++) {
                HTPerson *p = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
            }
            @autoreleasepool { //r3 = push()
                for (int i = 0; i < 200; i++) {
                    HTPerson *p = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];
                }
                _objc_autoreleasePoolPrint();
            } //pop(r3)
        } //pop(r2)
    } //pop(r1)
    return 0;
}

一个AutoreleasePoolPage对象的内存大小为4096个字节，它自身成员变量占用内存56个字节，所以剩下的4040个字节用来存储autorelease对象的内存地址。又因为64bit下一个OC对象的指针所占内存为8个字节，所以一个Page可以存放505个对象的地址。POOL_BOUNDARY也是一个对象，因为它的值为nil。所以以上代码的自动释放池内存分布图如下所示。

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objc[69731]: ##############
objc[69731]: AUTORELEASE POOLS for thread 0x1000aa5c0
objc[69731]: 1303 releases pending. //当前自动释放池中有1303个对象（3个POOL_BOUNDARY和1300个HTPerson实例）
objc[69731]: [0x100806000]  ................  PAGE (full)  (cold) /* 第一个PAGE，full代表已满，cold代表coldPage */
objc[69731]: [0x100806038]  ################  POOL 0x100806038    //POOL_BOUNDARY
objc[69731]: [0x100806040]       0x10182a040  HTPerson            //p1
objc[69731]: [0x100806048]       .....................            //...
objc[69731]: [0x100806ff8]       0x101824e40  HTPerson            //p504
objc[69731]: [0x102806000]  ................  PAGE (full)         /* 第二个PAGE */
objc[69731]: [0x102806038]       0x101824e50  HTPerson            //p505
objc[69731]: [0x102806040]       .....................            //...
objc[69731]: [0x102806330]       0x101825440  HTPerson            //p600
objc[69731]: [0x102806338]  ################  POOL 0x102806338    //POOL_BOUNDARY
objc[69731]: [0x102806340]       0x101825450  HTPerson            //p601
objc[69731]: [0x102806348]       .....................            //...
objc[69731]: [0x1028067e0]       0x101825d90  HTPerson            //p1008
objc[69731]: [0x102804000]  ................  PAGE  (hot)         /* 第三个PAGE，hot代表hotPage */
objc[69731]: [0x102804038]       0x101826dd0  HTPerson            //p1009
objc[69731]: [0x102804040]       .....................            //...
objc[69731]: [0x102804310]       0x101827380  HTPerson            //p1100
objc[69731]: [0x102804318]  ################  POOL 0x102804318    //POOL_BOUNDARY
objc[69731]: [0x102804320]       0x101827390  HTPerson            //p1101
objc[69731]: [0x102804328]       .....................            //...
objc[69731]: [0x102804958]       0x10182b160  HTPerson            //p1300
objc[69731]: ##############

iOS 工程示例分析

从以上macOS工程示例可以得知，在@autoreleasepool大括号结束的时候，就会调用Page的pop()方法，给@autoreleasepool中的autorelease对象发送release消息, 在iOS工程中，方法里的autorelease对象是什么时候释放的呢？有系统干预释放和手动干预释放两种情况。

系统干预释放是不指定@autoreleasepool，所有autorelease对象都由主线程的RunLoop创建的@autoreleasepool来管理。
手动干预释放就是将autorelease对象添加进我们手动创建的@autoreleasepool中。

系统干预释放

  • Xcode 11 版本的iOS程序中的main()函数，和旧版本的差异
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 // Xcode 11
int main(int argc, char * argv[]) {
    NSString * appDelegateClassName;
    @autoreleasepool {
        // Setup code that might create autoreleased objects goes here.
        appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
    }
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}

// Xcode 旧版本
int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

如果你的程序使用了AppKit或UIKit框架，那么主线程的RunLoop就会在每次事件循环迭代中创建并处理@autoreleasepool。也就是说，应用程序所有autorelease对象的都是由RunLoop创建的@autoreleasepool来管理。而main()函数中的@autoreleasepool只是负责管理它的作用域中的autorelease对象。

在以上《使用 MacOS 工程示例分析》章节中提到了嵌套@autoreleasepool的情况。Xcode旧版本的main函数中是将整个应用程序运行（UIApplicationMain）放在@autoreleasepool内，而主线程的RunLoop就是在UIApplicationMain中创建，所以RunLoop创建的@autoreleasepool是嵌套在main函数的@autoreleasepool内的。RunLoop会在每次事件循环中对自动释放池进行pop和push（以下会详细讲解），但是它的pop只会释放掉它的POOL_BOUNDARY之后的对象，它并不会影响到外层即main函数中@autoreleasepool。

  • 新版本 Xcode 11 中的 main 函数发生了哪些变化？

旧版本是将整个应用程序运行放在@autoreleasepool内，由于RunLoop的存在，要return即程序结束后@autoreleasepool作用域才会结束，这意味着程序结束后main函数中的@autoreleasepool中的autorelease对象才会释放。

而在 Xcode 11中，触发主线程RunLoop的UIApplicationMain函数放在了@autoreleasepool外面，这可以保证@autoreleasepool中的autorelease对象在程序启动后立即释放。正如新版本的@autoreleasepool中的注释所写 “Setup code that might create autoreleased objects goes here.”（如上代码），可以将autorelease对象放在此处。

  • 系统干预释放
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- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    
    HTPerson *person = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewWillAppear:animated];    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewDidAppear:animated];    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

// -[ViewController viewDidLoad]
// -[ViewController viewWillAppear:]
// -[HTPerson dealloc]
// -[ViewController viewDidAppear:]

可以看到，调用了autorelease方法的person对象不是在viewDidLoad方法结束后释放，而是在viewWillAppear方法结束后释放，说明在viewWillAppear方法结束的时候，调用了pop()方法释放了person对象。其实这是由RunLoop控制的，下面来讲解一下RunLoop和@autoreleasepool的关系。

  • RunLoop 与 @autoreleasepool

iOS在主线程的RunLoop中注册了两个Observer。

第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()；
第2个Observer

① 监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush()；
② 监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()

在iOS工程中系统干预释放的autorelease对象的释放时机是由RunLoop控制的，会在当前RunLoop每次循环结束时释放。
以上person对象在viewWillAppear方法结束后释放，说明viewDidLoad和viewWillAppear方法在同一次循环里。

kCFRunLoopEntry：在即将进入RunLoop时，会自动创建一个__AtAutoreleasePool结构体对象，并调用objc_autoreleasePoolPush()函数。

kCFRunLoopBeforeWaiting：在RunLoop即将休眠时，会自动销毁一个__AtAutoreleasePool对象，调用objc_autoreleasePoolPop()。然后创建一个新的__AtAutoreleasePool对象，并调用objc_autoreleasePoolPush()。

kCFRunLoopBeforeExit，在即将退出RunLoop时，会自动销毁最后一个创建的__AtAutoreleasePool对象，并调用objc_autoreleasePoolPop()。

手动干预释放

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- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    
    @autoreleasepool {
        HTPerson *person = [[[HTPerson alloc] init] autorelease];  
    }  
    NSLog(@"%s", __func__);
}

- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewWillAppear:animated];    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewDidAppear:animated];    
    NSLog(@"%s", __func__);
}

// -[HTPerson dealloc]
// -[ViewController viewDidLoad]
// -[ViewController viewWillAppear:]
// -[ViewController viewDidAppear:]

添加进手动指定的@autoreleasepool中的autorelease对象，在@autoreleasepool大括号结束时就会释放，不受RunLoop控制

相关问题

ARC 环境下，autorelease 对象在什么时候释放？

分系统干预释放和手动干预释放两种情况回答。

ARC 环境下，需不需要手动添加 @autoreleasepool？

AppKit 和 UIKit 框架会在RunLoop每次事件循环迭代中创建并处理@autoreleasepool，因此，你通常不必自己创建@autoreleasepool

苹果给出了三种需要手动添加@autoreleasepool的情况：
① 如果你编写的程序不是基于 UI 框架的，比如说命令行工具；
②如果你编写的循环中创建了大量的临时对象；
你可以在循环内使用@autoreleasepool在下一次迭代之前处理这些对象。在循环中使用@autoreleasepool有助于减少应用程序的最大内存占用。
③ 如果你创建了辅助线程。
一旦线程开始执行，就必须创建自己的@autoreleasepool；否则，你的应用程序将存在内存泄漏。

如果对 NSAutoreleasePool 对象调用 autorelease 方法会发生什么情况？
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NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
   [pool autorelease];

抛出异常NSInvalidArgumentException并导致程序Crash，异常原因：不能对NSAutoreleasePool对象调用autorelease。

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*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', 
reason: '*** -[NSAutoreleasePool autorelease]: Cannot autorelease an autorelease pool'

参考

  1. iOS - 聊聊 autorelease 和 @autoreleasepool