浅谈 AutoreleasePool 的实现原理
浅谈 AutoreleasePool 的实现原理
面试题：
autorelease 对象什么时候释放。
autorelease 的本质就是延迟调用 release 方法
在 MRC 的环境下，可以通过调用 [obj autorelease] 将对象添加到当前的 autoreleasepool 中，来延迟释放内存；
在 ARC的环境下，当我们创建一个对象，可以通过 __autoreleasing 修饰符，会将对象添加到当前的 autoreleasepool 中，当 autoreleasepool 销毁时，会对 autoreleasepool 里面的所有对象做一次 release 操作。
注意：
- 编译器会检查方法名是否以
alloc、new、copy、mutableCopy开始，如果不是则自动将返回值的对象注册到autoreleasepool中； - 以
__weak修饰的对象，会注册到autoreleasepool中。 - 调用
Foundation对象的类方法(比如，[NSMutableDictionary dictionary]、[NSArray array]等)会注册到autoreleasepool中。 id的指针或对象的指针在没有显式地指定修饰符时候，会被默认附加上__autoreleasing修饰符。
在没有手动加入 autoreleasepool 的情况下，autorelease 对象是在当前的 runloop 迭代结束时释放的，而它能够释放的原因是系统在每个 runloop 迭代中都加入了自动释放池 push 和 pop。
当 autoreleasepool 销毁时，在调用堆栈中可以发现，系统调用了 -[NSAutoreleasePool release] 方法，这个方法最终通过调用 AutoreleasePoolPage::pop(void *) 函数来负责对 autoreleasepool 中的 autorelease 对象执行 release 操作。
AutoreleasePool 的实现原理
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}@autoreleasepool
使用 clang -rewrite-objc 命令将下面的 Objective-C 代码重写成 C++ 代码：
clang -rewrite-objc main.m
extern "C" __declspec(dllimport) void * objc_autoreleasePoolPush(void);
extern "C" __declspec(dllimport) void objc_autoreleasePoolPop(void *);
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};
#define __OFFSETOFIVAR__(TYPE, MEMBER) ((long long) &((TYPE *)0)->MEMBER)
int main(int argc, char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
}
}声明一个 __AtAutoreleasePool 类型的局部变量 __autoreleasepool 来实现 @autoreleasepool {}。当声明 __autoreleasepool 变量时，构造函数 __AtAutoreleasePool() 被调用，即执行：
atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();当出了当前作用域时，析构函数 ~__AtAutoreleasePool() 被调用，即执行：
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);也就是说 @autoreleasepool {} 的实现代码可以进一步简化如下：
/* @autoreleasepool */ {
void *atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();
// 用户代码，所有接收到 autorelease 消息的对象会被添加到这个 autoreleasepool 中
objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);
}因此，单个 autoreleasepool 的运行过程可以简单地理解为 objc_autoreleasePoolPush() 、[obj release] 和 objc_autoreleasePoolPop(void *) 三个过程。
AutoreleasePoolPage
image.png
从图中可以看出
-
AutoreleasePoolPage是由双向链表来实现的，parent和child就是用来构造双向链表的指针。 -
magic用来校验AutoreleasePoolPage的结构是否完整； -
AutoreleasePool是按线程一一对应的，结构中的thread指针指向当前线程。 -
AutoreleasePoolPage会为每个对象会开辟4096字节内存。 -
id *next指向了下一个为空的内存地址(初始化为栈底)，如果有添加进来的autorelease对象，移动到下一个为空的内存地址中。
如果 AutoreleasePoolPage 里面的 autorelease 对象满了，也就是 id *next 指针指向了栈顶，会新建一个 AutoreleasePoolPage 对象，连接链表，后来添加的 autorelease 对象在新的 AutoreleasePoolPage 加入，id *next 指针指向新的 AutoreleasePoolPage 为空的内存地址，即栈底。所以，向一个对象发送 release 消息，就是将这个对象加入到当前 AutoreleasePoolPage 的 id *next 指针指向的位置。
POOL_SENTINEL(哨兵对象)
image.png
POOL_SENTINEL 只是 nil 的别名。
在每个自动释放池初始化调用 objc_autoreleasePoolPush 的时候，都会把一个 POOL_SENTINEL push 到自动释放池的栈顶，并且返回这个 POOL_SENTINEL 哨兵对象。
而当方法 objc_autoreleasePoolPop 调用时，就会向自动释放池中的对象发送 release 消息，直到第一个 POOL_SENTINEL。
objc_autoreleasePoolPush
objc_autoreleasePoolPush() 函数本质上就是调用的 AutoreleasePoolPage 的 push 函数。
void * objc_autoreleasePoolPush(void) {
if (UseGC) return nil;
return AutoreleasePoolPage::push();
}根据源码得出，每次执行 objc_autoreleasePoolPush 其实就是创建了一个新的 autoreleasepool，然后会把一个 POOL_SENTINEL push 到自动释放池的栈顶，并且返回这个 POOL_SENTINEL 哨兵对象。
static inline void *push() {
id *dest = autoreleaseFast(POOL_SENTINEL);
assert(*dest == POOL_SENTINEL);
return dest;
}push 函数通过调用 autoreleaseFast 函数并传入哨兵对象 POOL_SENTINEL 来执行具体的插入操作。
static inline id *autoreleaseFast(id obj) {
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
if (page && !page->full()) {
return page->add(obj);
} else if (page) {
return autoreleaseFullPage(obj, page);
} else {
return autoreleaseNoPage(obj);
}
}
id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page) {
// The hot page is full.
// Step to the next non-full page, adding a new page if necessary.
// Then add the object to that page.
assert(page == hotPage());
assert(page->full() || DebugPoolAllocation);
do {
if (page->child) page = page->child;
else page = new AutoreleasePoolPage(page);
} while (page->full());
setHotPage(page);
return page->add(obj);
}
id *autoreleaseNoPage(id obj) {
// No pool in place.
assert(!hotPage());
if (obj != POOL_SENTINEL && DebugMissingPools) {
// We are pushing an object with no pool in place,
// and no-pool debugging was requested by environment.
_objc_inform("MISSING POOLS: Object %p of class %s "
"autoreleased with no pool in place - "
"just leaking - break on "
"objc_autoreleaseNoPool() to debug",
(void*)obj, object_getClassName(obj));
objc_autoreleaseNoPool(obj);
return nil;
}
// Install the first page.
AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
setHotPage(page);
// Push an autorelease pool boundary if it wasn't already requested.
if (obj != POOL_SENTINEL) {
page->add(POOL_SENTINEL);
}
// Push the requested object.
return page->add(obj);
}autoreleaseFast 函数在执行一个具体的插入操作时，分别对三种情况进行了不同的处理：
- 当前
hotPage存在且没有满时，调用page->add(obj)方法将对象添加至AutoreleasePoolPage的栈中。 - 当前
hotPage存在且已满时，调用autoreleaseFullPage初始化一个新的page，调用page->add(obj)方法将对象添加至AutoreleasePoolPage的栈中。 - 当前
hotPage不存在时，调用autoreleaseNoPage创建一个hotPage，调用page->add(obj)方法将对象添加至AutoreleasePoolPage的栈中。
objc_autoreleasePoolPop
objc_autoreleasePoolPop(void *)函数本质上也是调用的AutoreleasePoolPage的pop函数。
void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {
if (UseGC) return;
// fixme rdar://9167170
if (!ctxt) return;
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
static inline void pop(void *token) {
AutoreleasePoolPage *page = pageForPointer(token);
id *stop = (id *)token;
page->releaseUntil(stop);
if (page->child) {
if (page->lessThanHalfFull()) {
page->child->kill();
} else if (page->child->child) {
page->child->child->kill();
}
}
}pop 函数的入参就是 push 函数的返回值，也就是POOL_SENTINEL 的内存地址。根据这个内存地址找到所在的 AutoreleasePoolPage 然后使用 objc_release 释放 POOL_SENTINEL 指针之前的对象。
总结：
每调用一次 push 操作就会创建一个新的 autoreleasepool，然后往 AutoreleasePoolPage 中插入一个 POOL_SENTINEL，并且返回插入的 POOL_SENTINEL 的内存地址.
在执行 pop 操作的时候传入 POOL_SENTINEL，根据传入的哨兵对象地址找到哨兵对象所处的 page
在当前AutoreleasePoolPage中，然后使用 objc_release 释放 POOL_SENTINEL 指针之前的对象，并把 id next 指针到正确位置。