内存管理(一)

内存管理(一)

内存五大区

栈区

栈区(stack):编译器自动分配，由系统管理，在不需要的时候自动清除。局部变量，函数的参数储存在这里。栈区的内存地址一般是0x7开头，从高地址到低地址分配内存空间

在iOS中，栈是每个线程独立的，如果创建了一个子线程，子线程也有它自己的栈。因此线程之间不能简单的通过局部变量来直接共享数据

voidA{[selfB];}voidB{[selfC];}voidC{}

执行过程是C->回调B->回调C，这就是栈，后进先出，不断递归

iOS主线程大小为1MB 其他线程为512KB MAC为8MB

通过上面的数据我们发现栈区的空间其实比较小，因此递归层级过深或者过多的局部变量，因此我们需要防止栈区内存溢出

函数栈

函数栈在内存中从高地址网低地址分配，与堆区相对

栈帧是指函数(运行中未完成)占用的一块独立的连续内存区域

函数共享线程的这个栈空间，每个函数使用的栈空间是一个栈帧，所有的栈帧组成这个线程完整的栈

函数调用发生在栈上，每个函数的相关信息(局部变量，函数参数，调用记录等)都储存在这个栈帧中，每执行一次函数调用，就会生成一个与其相关的栈帧，然后栈帧压入函数栈，当函数执行结束，就将函数对应的栈帧出栈释放掉

Caller:调用者(图中的main函数)，callee：被调用者(图中的func1函数)

如图中所示在执行func1前，目前只有main栈帧,此时可以简单理解为：

高地址-> main栈帧【argc argv i = 10 j = 5】 -> 低地址

然后main调用func1，此时CPU从main跳到func1，但并不能简单的跳转，因为func1执行完后还要知道应该回到main的哪里继续执行，所以函数的调用需要保存各种上下文

PC：PC就是一个程序计数器，它表示CPU当前正在执行/即将执行哪里的指令，还是拿图中举例，当执行main函数时，我们在哪个指令PC就指向哪个指令，当我们执行func1时，CPU做了两件事：将返回地址也就是fun1();的下一个指令压入栈，然后将func1的入口地址写入PC，然后就跳到函数中执行，当函数执行完后，从栈里弹出之前保存的返回地址，把这个地址写入PC

LR：LR就是储存返回地址的指针，但是LR只有一个，当我们有多重函数调用时，一个LR就保存不过来了，因此在多重函数调用时，我们的逻辑时，如果LR中没有返回地址，那么就将返回地址存入，如果已经有了，那么现将这个LR压入栈，再将新地址写入CPU中的LR

SP：SP保存当前栈顶的地址，在ARM64栈模型中，栈往低地址方向增长，所以当需要更多栈空间时，SP向低地址移动，SP 的变化反映了当前函数需要的栈空间。

FP：SP可能因为保存寄存器，分配局部变量等发生变化，此时如果依赖SP定位可能比较麻烦，此时可以使用FP当前栈帧的一个固定参考位置，去定位栈帧中的相关数据，并且FP还会保存上一个FP所在的位置

堆区

堆区：堆是从低地址向高地址扩展的数据结构，堆是不连续的一片内存区域，类似与链表(便于增删，不便于查询)，遵循先进先出原则，堆的地址空间在iOS是以0x6开头，其空间的内存分配是动态的，堆区的分配一般在运行时分配

堆区是由程序员动态分配和释放的，如果程序员不释放，可能由操作系统回收

OC中用alloc或者使用new开辟空间创建对象

C语言中使用malloc，calloc，realloc分配的空间，需要free释放

优点：灵活方便，数据适应面广泛

缺点：需手动管理，速度慢，容易产生内存碎片

当需要访问堆中内存时，一般需要先通过对象读取到栈区的指针地址，然后通过指针地址访问堆区

全局区(.bss & .data)

全局区是编译时分配的内存空间，在iOS中一般以0x1开头，在程序运行过程中，此内存中的数据一直存在，程序结束后由系统释放，主要存放

未初始化的全局变量和静态变量，即BSS区（.bss）

已初始化的全局变量和静态变量，即数据区（.data）

其中，全局变量是指变量值可以在运行时被动态修改，而静态变量是 static 修饰的变量，包含静态局部变量和静态全局变量

常量区

常量区是 编译时分配的内存空间，在程序结束后由系统释放，主要存放 已经使用了的，且没有指向的字符串常量

字符串常量因为可能在程序中被多次使用，所以在程序运行之前就会提前分配内存

代码区

代码区是 编译时分配主要用于存放程序运行时的代码,代码会被编译成二进制存进内存的

内存管理

移动端的内存管理技术，主要有GC(垃圾回收)的标记清除算法，以及苹果公司使用的引用计数方法

相比较于 GC 标记清除算法，引用计数法可以及时地回收引用计数为 0 的对象，减少查找次数。但是，引用计数会带来循环引用的问题，比如当外部的变量强引用 Block 时，Block 也会强引用外部的变量，就会出现循环引用。我们需要通过弱引用，来解除循环引用的问题。

另外，在 ARC（自动引用计数）之前，一直都是通过 MRC（手动引用计数）这种手写大量内存管理代码的方式来管理内存，因此苹果公司开发了 ARC 技术，由编译器来完成这部分代码管理工作。但是，ARC 依然需要注意循环引用的问题。当 ARC 的内存管理代码交由编译器自动添加后，有些情况下会比手动管理内存效率低，所以对于一些内存要求较高的场景，我们还是要通过 MRC 的方式来管理、优化内存的使用

内存优化方案

Tagged Pointer

在使用Tagged Pointer前，如果声明一个NSNumber number = @10;变量，需要8个字节存指针变量number,需要16个字节存NSNumber对象，这样需要24个字节的内存空间

而使用Tagged Pointer后，NSNumber指针里存储的数据变成了:Tag + Data, 也就是将数据直接存入了指针，直接将数据10保存在指针变量number中，这样仅仅占用8个字节

但是当指针不够存储数据时，就会使用动态分配内存的方法来存储数据

dispatch_queue_t queue=dispatch_get_global_queue(0,0);for(inti=0;i<1000;i++){dispatch_async(queue,^{self.name=[NSString stringWithFormat:@"asdasdefafdfa"];});}NSLog(@"end");

dispatch_queue_t queue=dispatch_get_global_queue(0,0);for(inti=0;i<1000;i++){dispatch_async(queue,^{self.name=[NSString stringWithFormat:@"abc"];});}NSLog(@"end");

上面两段代码的结果是，第一段会崩溃，但第二段不会

创建多个线程来对name进行操作时，name的引用计数会不断的retain和release，此时就会出现资源竞争而崩溃，但第二段却不会崩溃，说明在Tagged Pointer下，较小的值不会调用set和get方法，可以直接修改,关于字符串什么时候是用Tagged Pointer可以见我之前的文章NSString类簇

通过源码，我们也可以比较直观的看出，Tagged Pointer类型对象是直接返回的。

在retain和release的源码中，我们都可以发现第一句就是这个，它表示Tagged Pointer根本不进引用计数逻辑，直接返回自己，不操作isa

if(slowpath(isTaggedPointer()))return(id)this;

Tagged Pointer是专⻔⽤来存储⼩的对象，例如NSNumber，NSDate等。

Tagged Pointer指针的值不再是地址了，⽽是真正的值。所以，实际上它不再是⼀个对象了，它只是⼀个披着对象⽪的普通变量⽽已。所以，它的内存并不存储在堆中，也不需要malloc和free。

当指针不够存储数据时，就会使用动态分配内存的方式来存储数据。

NONPOINTER_ISA

NONPOINTER_ISA也是苹果内存优化的一种方案，用八字节来存储一个内存地址显然有些浪费，于是可以用一部分额外空间存储其他内容，isa指针第一位为1即表示使用优化的isa指针

unionisa_t{isa_t(){}isa_t(uintptr_t value):bits(value){}Class cls;uintptr_t bits;#ifdefined(ISA_BITFIELD)struct{uintptr_t nonpointer:1;uintptr_t has_assoc:1;uintptr_t has_cxx_dtor:1;uintptr_t shiftcls:44;/*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/uintptr_t magic:6;uintptr_t weakly_referenced:1;uintptr_t deallocating:1;uintptr_t has_sidetable_rc:1;uintptr_t extra_rc:8};#endif};

下面解释一下isa结构体中各个变量的含义

• nonpointer：表示是否对isa指针开启指针优化 0:纯isa指针，1:不只是类对象地址，isa中包含了类信息，对象的引用计数等
• has_assoc：关联对象标志位：0没有，1存在
• has_cxx_dtor：该对象是否有C++或者Objc的析构函数，有要做析构逻辑，没有可以更快的释放对象
• shiftcls：储存类指针的值，开启指针优化的情况下，在arm架构有33位用来储存
• magic：用于调试器判断当前对象是真的对象还是没有初始化的空间
• weakly_referenced：指对象是否被指向或者曾经指向一个ARC的弱变量，没有弱引用的对象可以更快释放
• deallocating：标志对象是否正在释放内存
• has_sidetable_rc:当对象引用计数大于10时，则需要借用该变量存储进位
• extra_rc当表示该对象的引用计数值，实际上是引用计数值减1，例如，如果对象的引用计数值为10，则extra_rc为9.如果引用计数大于10则要用到has_sidetable_rc

SideTable

在NONPOINTER_ISA有两个成员变量hsa_sidetable_rc和extra_rc，当extra_r的八位不够存储引用计数时，hsa_sidetable_rc的值就会变成1，那么此时引用计数会存储在SideTable中

SideTable可以理解为一个全局的hash数组，里面存储了SideTable类型的数据，长度为64，也就是里面有64个SideTable

structSideTable{spinlock_t slock;// 自旋锁，保护这张表的读写RefcountMap refcnts;// 引用计数表（专门存那些塞不下的计数）weak_table_t weak_table;// 弱引用表（存所有 __weak 指针的地址）};

• slock：因为多线程可能同时操作，需要一把锁来保证线程安全。用自旋锁是因为大多数操作都很快，忙等一会儿比让出 CPU 更划算。
• refcnts：一个哈希表。Key 是对象的地址，Value 是引用计数的具体数值。当isa里的extra_rc溢出时，一半的计数会存到这里。
• weak_table：同样是个哈希表。Key 是被弱引用的对象地址，Value 是一个数组，里面装着所有指向该对象的__weak指针的地址。对象销毁时，就靠这张表把这些弱引用指针都置为nil

MRC和ARC

MRC

在MRC时代，程序员需要手动管理内存，创建一个对象时，需要在set和get方法内部添加释放对象的代码，并且在对象的dealloc里面添加dealloc里面添加释放的代码

@property(nonatomic,retain)NSString*name;-(void)setName:(NSString*)name{if(_name!=name){[_name release];// 释放旧值_name=[name retain];// 持有新值}}-(NSString*)name{return_name;}

-(void)dealloc{[_name release];[_age release];[superdealloc];// 必须最后调用}

ARC

在ARC环境中，我们不再像以前一样自己手动管理内存，系统帮助我们做了release或者autorelease等事情。 ARC是LLVM编译器和RunTime协作的结果。其中LLVM编译器自动生成release、reatin、autorelease的代码，像weak弱引用这些则靠RunTime在运行时释放