Android智能指针

网上已经有很多分析智能指针的文章了，讲得不错的是：Android系统的智能指针（轻量级指针、强指针和弱指针）的实现原理分析。本文尽量从不分析代码的角度，将Android中的智能指针原理讲述清楚。

用过Java的同学从来不会关心对象的释放问题，但是C/C++里面有一个Java里面没有的概念：指针。指针其实就是内存地址。当我们通过一些方式（new malloc等）在内存中分配了空间时，我们将获得一个指向这个空间的指针。这块空间如果我们不主动释放，它将永远不会被回收直到程序结束。

智能指针其实就是帮我们管理这种内存空间，自动做到：不用了就释放掉。这里面有一个问题：它如何知道我们不用了？智能指针的解决方案是维护一个计数器。在合适的时候增加计数器（构造函数），在合适的时候减少计数器（析构函数）。这样就巧妙利用了对象的生命周期来维护了计数器，当计数器为0，那就表示我们不用它了。

Android的指针指针比上面说的强大，它分为几种：轻量级智能指针、强智能指针、弱智能指针。

轻量级智能指针： 其实就是最简单最常规的智能指针：构造器中增加计数器，析构器中减少计数器，当计数器为0，释放对象。

强智能指针和弱智能指针： Android中分别为强智能指针和弱智能指针维护了一个计数器。通常我们通过强智能指针使用对象，而弱智能指针对需要提升为强智能指针后才可以使用。

当我们构造一个强智能指针时，它会同时增加强计数器和弱技术器，同样的，当析构时，它会同时减少强计数器和弱计数器。

当我们构造一个弱智能指针时，它只会增加弱计数器，同样的，当析构时，它只会减少弱计数器。

Android的智能指针还有一套释放策略：你可以指定flag，是以强计数器为参考来释放，还是以弱计数器为参考来释放，或者什么都不参考（forever不释放）。

当以强计数器为参考时：强计数器为0，对象就被释放。

当以弱计数器为参考时：强计数器为0，对象不被释放，假如弱计数器不为0，你还可以通过弱智能指针提升为强智能指针，然后正常使用。当最后弱智能指针为0，对象被释放。

当什么都不参考时（forever）: 不管计数器是什么值，对象都不会被自动释放，这样就退化成为没有使用智能指针一样，需要你自己手动释放。

ok，上面就是Android智能指针原理，具体使用方式参考老罗的例子就可以上手。

下面说一处在阅读源码时遇到的一个问题：在维护计数器时，通过android_atomic_add进行原子操作：

Paste_Image.png

一开始看着有些犯糊涂，经过查阅资料，算是弄明白了。

上面代码中的宏ANDROID_ATOMIC_INLINE的定义是：

#define ANDROID_ATOMIC_INLINE inline _attribute_((always_inline))

实际上就是把函数规定为inline函数（函数本身被定义为 inline，但是在编译器不做优化的情况下，不会被inline处理，加上_attribute_((always_inline))后，编译器即使在不优化的情况下，也要做inline处理）。

android_memory_barrier是告诉CPU这里需要内存屏障。

接下来是一段内嵌汇编，这段汇编可以用伪代码来表示：

do {

  ldrex  prev，[ptr]

  add  tmp,  prev,  increment

  strex  status,  tmp, [ptr]

} whiile(status != 0)

在add指令的前后有两条看上去比较陌生的指令：ldrex和strex。这两条是AMRV6新引入的同步指令。ldrex指令的作用是把指针ptr指向的内容放到prev变量中，同时给执行处理器做一个标记(tag)，标记上指针ptr的地址，表示这个内存地址已经有一个CPU正在访问。当执行到strex指令时，它会检查是否存在ptr的地址标记，如果标记存在，strex指令会把add指令执行的的结果写入指针ptr指向的地址，并且返回0，然后清除该标记。返回的结果0会放在status变量中，这样循环将结束。

如果在strex指令执行前发生了线程的上下文切换，在切换回来后，ldrx指令设置的标志将会被清除。这时再执行strex指令时，由于没有了这个标志，strex指令将不会完成对ptr指针的存储操作，而且status变量中的返回结果是1。这样循环不能结束，重新开始执行，直到成功为止。

__builtin_expect是gcc的内建函数，有两个参数，第一个参数是一个表达式，第二个参数是一个值。表达式的计算结果也是函数的结果。__builtin_expect是用来告诉gcc预测表达式更可能的值是什么，这样gcc会根据预测值来优化代码。代码中表达的含义是预测“status!=0”这个表达式的值为“0”，也就是预测while循环将结束。

综上，android_atomic_add实现的功能是：首先整个方法是原子操作，然后将*ptr中的原值保存作为函数返回值，同时将increment和*ptr相加，保存在ptr中。