iOS内存管理 ARC与MRC

想驾驭一门语言，首先要掌握它的内存管理特性。iOS开发经历了MRC到ARC的过程，下面就记录一下本人对iOS内存管理方面的一些理解。

说到iOS开发，肯定离不开objective-c语言(以下简称OC)。OC的内存管理机制叫做引用计数，就是一块内存地址可以同时被多个对象引用，每引用一次，引用计数都会递增1，当对象每解除一次引用，引用计数就会递减1，直到引用计数为0时，系统才会讲这块内存地址回收释放掉，这与C/C++语言有些不同，但是它们都遵守同一个内存管理法则：谁申请，谁释放。

在早些时候，iOS开发只能使用MRC，通过retain、release来递增引用计数和递减引用计数。但是OC语言的设计者发现，光有这些可能会违背内存管理法则，比如下面代码所示：

- (People *)blackPeople {
    People *p = [People new];return p;
}

这段代码有2个问题：

1. 方法在堆空间上创建了一块内存地址，并用一个局部指针变量p指向它，然后将指针p返回给调用者使用(函数返回都是值拷贝)。在这之前不能调用[p release];操作，因为这会使p指针成为野指针。所以最终就要求使用者必须负责释放内存，然而调用者并不应该有这个义务。说好的谁申请，谁释放呢？

2. 在这里要说明一下，在iOS开发中是很注重方法命名的，很多人不是太理解这个说法，笔者在此提醒大家，不注重方法命名，内存管理就会变的很糟糕，尤其是在使用了ARC时，更是应该注意。下面会详细说明。就以上代码来看，如果就想让调用者负责管理内存，我们这样返回没有问题，但是方法的名字不合适，从blackPeople中，我们看不出来任何信息是要求调用者来负责管理内存的，因此调用者肯定不会去负责内存的管理，从而导致内存泄漏。

解决以上2个问题：

1. OC语言的设计者加入了一个autorelease的概念，从名字就可以看出来，是让对象自动释放。这就很好的解决了问题1，如下面正确代码：

－ (People *)blackPeople {
    People *p = [People new];
    return [p autorelease];
}

这样，在堆上分配的这块内存，就会在某个时间点自动递减引用计数，而不需要调用者去管理。

2. 我们应该更改方法名字为newBlackPeople或者allocBlackPeople还有copyBlackPeople。大家可能发现，方法名称中有new、alloc、copy这样的字眼，没错，通过这些词语，任何人都很清楚，此方法返回的对象是需要自己管理内存的。

以上就是MRC机制使用过程中会遇到的内存管理相关的操作语句，至于autorelease到底会在哪个时间点去自动递减引用计数，答案是在下一个runloop开始之前，读者可以去查看runloop的相关知识。

使用MRC难免会产生内存管理方面的问题，因此苹果公司在Xcode中整合了一款名为Clang的静态分析器，帮助开发者发现内存错误，比如内存泄漏或者过早释放。既然Clang可以出色的完成它的工作，那为何不能自动的帮助开发人员插入retain和release来管理内存呢？显然是可行的，因此就有了ARC机制。

如今，iOS开发人员基本都在使用ARC，笔者总结了2点：ARC能够通过方法名称帮助开发人员管理内存；ARC比MRC更效率。下面开始介绍：

1. 刚才在上面提到过方法命名的重要性，这里详细说一下。如果方法名以alloc、new、copy、mutableCopy开头，那么其返回的对象归调用者负责内存管理。正因为ARC以这个规则工作，所以我们必须注重方法命名。看下面代码：

+ (People *)newPeople {
    People *p = [[People alloc] init];
    return p;
    // 方法名中以new开头，所以ARC知道返回的对象该由调用者管理其内存，因此此处不插入
    // 任何代码
}

+ (People *)blackPeople {
    People *p = [[People alloc] init];
    return p;
    // 方法名中没有以上面4种词语开头，所以ARC知道放回的对象该由方法内部管理其内存，
    // 因此此处会插入autorelease，最终代码为：return [p autorelease];
}

- (void)doSomething {
    People *p1 = [People newPeople];
    People *p2 = [People somePeople];
    // 通过上面的说明，这里大家应该知道，ARC会在方法的最后插入[p1 release];
}

2. ARC在调用retain、release等操作时并不通过普通的OC消息派发机制，而是直接调用底层的C语言版本。而且保留及释放操作需要频繁执行，直接调用底层函数能够节省很多CPU周期，性能更好。比如ARC调用与retain等价的底层函数objc_retain。而且ARC会发现在同一个对象上执行了多次retain和release操作，那么它会成对的移除这些语句。

在ARC机制下，每个变量都是指向对象的强引用(strong)，会递增引用计数。看下面代码：

_people = [People blackPeople];
// 可以知道，blackPeople返回对象时已经执行了autorelease操作，但是在ARC机制下，
// 代码其实是下面这样的：

People *temp = [People blackPeople];
_people = [temp retain];

可以看出，blackPeople方法中的autorelease和上面代码中的retain是多余的，ARC当然会去优化代码，它会在方法中返回自动释放的对象时，不执行autorelease，而是去调用objc_autoreleaseReturnValue函数。此函数会查看当前方法返回之后即将要执行的那段代码，如果发现那段代码会在返回的对象上执行retain操作，则去设置全局数据结构中的一个标志位，而不执行autorelease操作；同时，调用retain的那边也不直接执行retain操作，而是去执行objc_retainAutoreleasedReturnValue函数。此函数会去检测感概提到的那个标志位，如果已经置位，则不执行retain操作。这样去检测一个标志位，比调用autorelease和retain更快。大概代码如下：

+ (People*)blackPeople {
    People *p = [People new];
    objc_autoreleaseReturnValue(p);
}

// 调用上面方法
People *temp = [People blackPeople];
_people = objc_retainAutoreleasedReturnValue(temp);

id objc_autoreleaseReturnValue(id object) {
    if (返回将retain对象) {
        set_flag(object);
        return object;    // 不执行autorelease
    } else {
        return [object autorelease];
    }
}

id objc_retainAutoreleasedReturnValue(id object) {
    if (get_flag(object)) {
        clear_flag(object);
        return object;    // 不执行retain
    } else {
        return [object retain];
    }
}

补充：当我们进行MRC与ARC混编的时候，尤其要注意编码规范，也就是上面一直强调的方法命名规则，看下面代码：

// 假如在MRC下编写了下面这段代码，意思是想让调用者去管理返回对象的内存，
// 然而方法命名确是blackPeople

- (People *)blackPeople {
    People *p = [People new];
    return p;
}

// 将如在ARC中调用了上面的方法
- (void)testFun
{
    People *people = [[People alloc] init];
    people = [people blackPeople];
    people = nil;
    // 首先在ARC下，第一行代码会申请一块内存，第二行代码调用了blackPeople方法，
    // 也会申请一块内存。在ARC看来，它需要将申请的第一块内存释放，
    // 然后再让people变量指向申请的第二块内存，这符合我们的意愿。
    // 但是要注意第三行代码，尽管我们将people变量置为nil，但ARC并不会去按照我们
    // 的意思去释放内存，因为ARC是遵守规则的，它根据blackPeople方法的命名，知道
    // 对象的内存由申请者管理，就不需要自己去管理了，从而导致了内存泄漏。
　　// 解决的办法就是我们应该遵守规范，这样返回对象：return [p autorelease];
}

还有就是不小心可能会重复释放同一块内存，造成程序崩溃，这里就不上代码了。

以上就是笔者的一些总结，希望能帮助到大家。