自动释放池的内存管理

首先我们来看一下如下代码的运行情况

可以看到内存在不断的增加

现在我们在for循环内部加一个自动释放池

可以看到加了自动释放池后，内存基本稳定在一个值

从以上的对比可以发现，自动释放池可以对创建的对象的内存进行管理，对于使用完毕的对象，可以及时的释放掉

再来看一下如下的代码的执行情况

从以上代码的执行结果可以看到，基本数据类型、alloc/init、new、copy初始化的对象以及isTaggedPointer对象的创建并不会引起内存的增加，这是因为自动释放池不会对这些方式创建的变量进行管理。基本数据类型的局部变量在栈区，由系统进行管理，alloc/init、new、copy的初始化的对象由ARC管理，isTaggedPointer小对象类型无需对内存进行管理，它的值存在指针中。除了以上提到的小对象和alloc/init、new、copy初始化的对象以外的其他对象都可以由自动释放池进行内存的管理.
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自动释放池的原理

我们使用clang对main.m文件进行编绎,得到一个main.cpp文件

xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

打开main.cpp文件,找到main函数

可以看到@autoreleasepool {}这一句代码在底层被编绎成了__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;这一句代码。

在main.cpp文件找到__AtAutoreleasePool

__AtAutoreleasePool是一个结构体，内部实现了一个构造函数objc_autoreleasePoolPush()创建了一个自动释放池对象atautoreleasepoolobj和一个析构函数objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj).

由此说明自动释放池的使用就是将作用域中的代码包含在__AtAutoreleasePool的构造函数和析构函数中,由atautoreleasepoolobj对象对作用域的内存进行管理.

通过查看汇编代码我们也能验证这一点

@autoreleasepool源码探究

我们打开一份objc4-781的源码,全局搜索objc_autoreleasePoolPush,找到它的实现

底层调用了AutoreleasePoolPage::push()

autoreleasepool的数据结构

我们继续跟进源码，查看AutoreleasePoolPage的数据结构

AutoreleasePoolPage继承自AutoreleasePoolPageData

magic:用来校验AutoreleasePoolPage结构是否完整；
next:指向最新添加的autoreleased对象的下一个位置,初始化时指向begin;
thread:指向当前线程;
parent：指向父结点，第一个AutoreleasePoolPage结点的父结点为nil;
child:指向子结点，最后一个AutoreleasePoolPage结点的子结点为nil;
depth:当前结点的深度，从0开始，往后递增;
hiwat:代表hige water mark最大入栈数量标记;

由AutoreleasePoolPage的数据结构我们可以得出，autoreleasepool是一个以AutoreleasePoolPage分页管理的双向链表。

objc_autoreleasePoolPush源码擦究

objc_autoreleasePoolPush底层调用的是AutoreleasePoolPage::push(),我们来查看一下push()的源码

POOL_BOUNDARY：是一个哨兵对象，它的值为nil;
autoreleaseNewPage：DebugPoolAllocation下的处理;
autoreleaseFast: 其他情况的处理.

下在查看autoreleaseFast()的源码

1.page->add(obj):当前页存在并且没满时的处理

next指向新加入的obj,并且next++，这样就可以把新加入的autorelease对象以next以单向链表的形式连接起来了。

2.autoreleaseFullPage(obj, page):页满情况的处理

页满的情况下，do while循环找到最后一页，创建新的page；
setHotPage(page)：将当前页标记为hotPage;
page->add(obj);:将obj加入页。

3.autoreleaseNoPage(obj)：页不存在的处理

页不存在时，也是先创建新页，再将设置哨兵对象，最后将obj加入页中

AutoreleasePoolPage页表的内存结构

来看一下创建新页的源码

这里AutoreleasePoolPage的第一个结构体元素是magic ,而这里传的值是begin()，我们来看一下begin()的内容，并打断开看看

这里断点在begin()函数里面，这里的this就是AutoreleasePoolPage的结构体对象，在控制台打印了this的指针地址和对应结构体的大小，那么为什么是56呢？这里要断点住，@autoreleasepoo{}里面至少要创建一个对象.

AutoreleasePoolPage每个元素的所占的内存大小如下

由此得出，除了magic以外的其它元素所占的空间为40，再来看一下magic_t的内存情况

所以得出了AutoreleasePoolPage初始化时为什么内存空间平移56个字节，这56个字节是为了保存页的基本结构数据用的。

通过如下代码打印autoreleasepool的结构

打印得到的0x103009000是页表的起如地址；
0x103009038是哨兵对象的地址；
后面的依次是加入自动释放池的对象的next指向的地址；

将代码中for的次数改为505次，打印如下

此时发现，第504个对象被放在了新的页中，说明第一页存放的页数为504页；

再来看一下第二页可以存放多少个对象

由此可以说明，第一页之后的页可以存放505个对象

为什么第一页是504个对象？为什么从第二页开始每页是505个对象

我们去查看一下判断页满的函数

我们继续跟进end()函数,最后找到一个宏定义的常数--4096

由此我们得到每一页的内存大小是4096个字节

通过以上我们可以得出以下算式：

第一页的大小:504 * 8 + 8 + 56 = 4096;第一页一开始用56个字节存储了页的基本数据，用8字节存储哨兵，后面可以保存504个对象，每个对象指针占8字节;
从第二页开始：505 * 8 + 56 = 4096；56个字节存储了页的基本数据，后面可以保存505个对象，每个对象指针占8字节;

最后得到如下图所示的双向链表结构

其实通过上面打印页的内存结构我们已经能够发现，哨兵只有在第一页打印了，确实，哨兵只有一个。这个哨兵是在自动释放池释放时起到一定边界作用的，当遇到哨兵时，释放停止.

objc_autoreleasePoolPop源码擦究

释放时调用的是AutoreleasePoolPage::pop(ctxt),pop函数实现如上图；

释放时，将hotPage置为nil;将当前page置为coldPage；token指向当前页的begin();记录要释放的内存的开始位置和结束位置;调用popPage函数。

releaseUntil：释放对象；
page->kill():销毁当前页；
setHotPage(parent):将当前页的上一页设置为hotPage;
如果当前页的子结点存在，也kill掉.

总结

自动释放池autorelease是一个以AutoreleasePoolPage为页，进行分页管理的双向链表；页的数据结构是AutoreleasePoolPageData；每一个autoreleasepool对象只有一个哨兵，哨兵放在第一页中；每一页的大小为4096字节；每一页的前56个字节存储页的AutoreleasePoolPageData结构体数据；第一页的第56往后8个字节存储哨兵，后面存储autorelease对象，总共可以存储504个；从第二页开始，每页可以存储505个对象；objc_autoreleasepoolpush是一个查找child，递增next，创建新页的过程；objc_autoreleasepoolpop是一个查找parent，递减next，释放对象，销毁page的过程，遇到哨兵对象即停止。

作者：形影相吊
链接：https://juejin.cn/post/6900043544304713735

iOS自动释放池的探究