• 内存管理(二)

    iOS程序的内存布局

    简而言之，就是一张图：

    在这里插入图片描述

    当然，一般我们也可以把内存分为五大区域：
    方法区（程序代码区）、常量区、静态区（全局区）、堆、栈

    可以看出，上图中的数据段包含了五大区域中的常量区和静态区。
    其实质是一样的，只是叫法不一样。

    内存五大区更多学习

    在这里插入图片描述

    从打印结果来看，相同的字符串是同一个地址。新建的str1，str2地址不同，但是指向的地址是一样的。

    举个例子：

    #import "ViewController.h"

int a = 10;//初始化的全局变量，存储在全局区（静态区）
int b;//未初始化的全局变量，存储在全局区（静态区）

@interface ViewController ()

@end


@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    static int c = 5;//初始化的静态变量，存储在全局区（静态区）
    static int d;//未初始化的静态变量，存储在全局区（静态区）
    
    int e;//局部变量，存储在栈，不管有没有初始化
    int f = 20;//局部变量，存储在栈，不管有没有初始化
    
    //存储在数据段里面的 常量区
    NSString *str1 = @"123";
    NSString *str2 = @"123";
    
    //obj是一个指针变量，存储在栈；其里面的内容是[[NSObject alloc] init]的地址
    //[[NSObject alloc] init]是一个对象，存储在堆中；其地址存储在obj指针变量中；
    
    //obj取到的是指针变量内部存储的值，也就是[[NSObject alloc] init]的地址
    //&obj取到的是指针变量本身的地址
    NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    
    NSLog(@"\n&a = %p \n&b = %p \n&c = %p \n&d = %p \n&e = %p \n&f = %p \n&str1 = %p \n&str2 = %p \n&obj = %p", &a, &b, &c, &d, &e, &f, &str1, &str2, &obj);
}

/**
 字符串常量
 &str2 = 0x7ffee00d5970
 &str1 = 0x7ffee00d5978
 
 已初始化的全局变量、静态变量
 &a = 0x10fb29d98
 &c = 0x10fb29d9c
 
 未初始化的全局变量、静态变量
 &d = 0x10fb29e60
 &b = 0x10fb29e64
 
 栈
 &obj=0x7ffee00d5968
 
 栈，先大后小
 &e = 0x7ffee00d5984
 &f = 0x7ffee00d5980
 */
@end


结果：
&a = 0x10fb29d98 
&b = 0x10fb29e64 
&c = 0x10fb29d9c 
&d = 0x10fb29e60 
&e = 0x7ffee00d5984 
&f = 0x7ffee00d5980 
&str1 = 0x7ffee00d5978 
&str2 = 0x7ffee00d5970 
&obj = 0x7ffee00d5968

    该例子很好的证明了顶图中关于内存的分配问题。

    Tagged Pointer

    tagged：标记
    Pointer：指针

    从64位开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储。

    在没有使用Tagged Pointer之前，NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数器等。
    NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值。

    代码NSNumber *number = [NSNumber numberWithInt:10];的内存存储形式如下：

    在这里插入图片描述

    number指针在64位上占8个字节；
    number指针指向的对象至少占16个字节；
    也就是一共至少占用24个字节。

    而，我们只是要存储一个int类型的值，int类型的值只需要4个字节。
    因此，为了节省空间，有了Tagged Pointer概念。

    题外话：int的存储

    {
	NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
    NSObject *obj2 = [[NSObject alloc] init];
    NSLog(@"%d, %d", malloc_size((__bridge const void *)(obj)), malloc_size((__bridge const void *)(obj2)));
    NSLog(@"%p, %p", &obj, &obj2);
    
    
    int a = 10;
    int b = 12;
    NSLog(@"%d, %d", sizeof(a), sizeof(b));
    NSLog(@"%p, %p", &a, &b);
}

结果：
16, 16
0x7ffee973cfa8, 0x7ffee973cfa0
4, 4
0x7ffee973cf9c, 0x7ffee973cf98

    因为是局部变量，根据前面学习的可以知道，是存储在栈，并且栈是从大到小存储，打印结果也验证了结果。

    在这里插入图片描述

    obj与obj2是指针，指针占8个字节，也就是
    0x7ffee973cfa8开始，往下数8个字节，用于存储obj的数据。
    0x7ffee973cfa0开始，往下数8个字节，用于存储obj2的数据。

    a和b是int类型，占4个字节
    0x7ffee973cf9c开始，往下数4个字节，用于存储a的数据。
    0x7ffee973cf98开始，往下数4个字节，用于存储b的数据。

    使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag+Data(标记+值)，也就是将数据直接存储在了指针中。
    Tag标记是为了区分是NSString或者NSNumber等类型。

    如何判断一个指针是否为Tagged Pointer?

    在iOS平台，最高有效位是1(第64bit)
    在Mac平台，最低有效位是1

    在Mac平台：

    NSNumber *num1 = [NSNumber numberWithInt:3];
NSNumber *num2 = [NSNumber numberWithInt:7];
NSNumber *num3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
NSLog(@"%p, %p, %p", num1, num2, num3);
NSLog(@"%@, %@, %@", [num1 class], [num2 class], [num3 class]);

结果:
0x46a004c55674e085, 0x46a004c55674e485, 0x101804d50
__NSCFNumber, __NSCFNumber, __NSCFNumber

    NSNumber *num1 = [NSNumber numberWithInt:3];
    NSNumber *num2 = [NSNumber numberWithInt:7];
    NSNumber *num3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
    NSLog(@"%p, %p, %p", num1, num2, num3);
    NSLog(@"%@, %@, %@", [num1 class], [num2 class], [num3 class]);

    结果:
    0x46a004c55674e085, 0x46a004c55674e485, 0x101804d50
    __NSCFNumber, __NSCFNumber, __NSCFNumber

    NSNumber *num1 = [NSNumber numberWithInt:3];
NSNumber *num2 = [NSNumber numberWithInt:7];
NSNumber *num3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
NSLog(@"%p, %p, %p", num1, num2, num3);
NSLog(@"%@, %@, %@", [num1 class], [num2 class], [num3 class]);

结果:
0x84a7f9ace2ec63f7, 0x84a7f9ace2ec63b7, 0x60000335a740
__NSCFNumber, __NSCFNumber, __NSCFNumber

    前面两个地址，第一位是8，转换为2进制是0b1000，也就是第一位有效位是1，因此，前两个是Tagged Pointer类型。
    后一个指针，第一位是6，转为为2进制是0b0100，第一位是0，因此不是Tagged Pointer类型。是指针类型。

    为何要区分平台，这是因为，源码就是这么做的，查看源文件

    在这里插入图片描述

    最后跟踪到：

    在这里插入图片描述

    #if TARGET_OS_OSX && __x86_64__//Mac上
    // 64-bit Mac - tag bit is LSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else//iOS上
    // Everything else - tag bit is MSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif


#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS//iOS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else//Mac
#   define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#endif

    也就是，Mac是找的最后一位。iOS上找的是第一位。

    在Mac平台，可以使用

    BOOL isTaggedPointer(id pointer)
{
    return (long)(__bridge void *)pointer & 1;
}

    判断是否是Tagged Pointer类型。

    当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据。
    也就是数据太大时，还是按之前的方法存储数据。

    objc_msgSend能识别Tagged Pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销。

    比如：

    NSNumber *num1 = [NSNumber numberWithInt:3];
[num1 intValue];

    其实是转化为：
    objc_msgSend(num1, @selector(intValue));

    一般情况下，在objc_msgSend方法中，根据num1的isa指针，找到类对象，去类对象的方法列表中寻找intValue方法。
    其实，objc_msgSend方法，在执行的时候，系统可以识别出是Tagged Pointer类型，还是指针。然后根据不同的类型，做响应的操作。

    面试题

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

    两者运行结果有何不同？

    首先看self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];

    在这里插入图片描述

    崩溃，并且崩溃在objc_release的地方。

    是什么原因导致崩溃的呢？

    我们知道，
    self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
    其实是调用了
    [self setName:[NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"]];

    而setName:的实现是：

    - (void)setName:(NSString *)name
{
    if (_name != name) {
        [_name release];//老的释放掉
        _name = [name copy];//传入的值copy后赋值给_name
    }
}

    由于是async异步操作，self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];即[_name release];有可能会被多条线程同时操作。导致，线程n把_name释放掉，线程n+1又要执行_name的释放，从而造成_name已经被释放两次，第二次访问的时候，_name已经释放过，造成坏内存访问。

    解决方法一：atomic

    @property (copy, atomic) NSString *name;
    从而：

    - (void)setName:(NSString *)name
{
    //加锁操作
    if (_name != name) {
        [_name release];
        _name = [name copy];
    }
    //解锁操作
}

    解决方法二：

    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    for (int i = 0; i<1000; i++) {
        dispatch_async(queue, ^{
        //加锁
            self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
        });
        //解锁
    }

    self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
    为何没有崩溃呢？

    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    从类型可以看出来，
    内容多的name类型是__NSCFString
    内容少的name类型是NSTaggedPointerString

    在这里插入图片描述

    这就是原因所在。

    内容少的name，由于类型是NSTaggedPointerString，在赋值的时候
    是直接在指针里面取值，而不需要release操作，因此，不会崩溃。
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