内存管理(3) - Autorelease Pool（大部分摘抄自black）

前言

NSAutoreleasePool（仅MRC有）

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
//作用范围从释放池创建到释放池release
[pool release];

@autoreleasepool（MRC、ARC都有）

@autoreleasepool    //比NSAutoreleasePool高效
{
//作用范围在此
}

这里主要讨论Autorelease Pool

1、简介

Autorelase Pool 提供了一种可以允许你向一个对象延迟发送release消息的机制。当你想放弃一个对象的所有权，同时又不希望这个对象立即被释放掉（例如在一个方法中返回一个对象时），Autorelease Pool 的作用就显现出来了。
所谓的延迟发送release消息指的是，当我们把一个对象标记为autorelease
时:

NSString* str = [[[NSString alloc] initWithString:@"hello"] autorelease];

这个对象的 retainCount 会+1，但是并不会发生 release。当这段语句所处的 autoreleasepool 进行 drain 操作时，所有标记了 autorelease 的对象的 retainCount 会被 -1。即 release 消息的发送被延迟到 pool 释放的时候了。
autorelease 的对象会加入到最近创建的自动释放池中。

2、runloop和@autoreleasepool

我们的程序在main()调用的时候会自动调用一个autorelease，然后在每一个Runloop，系统会隐式创建一个Autorelease pool，这样所有的release pool会构成一个象CallStack一样的一个栈式结构，在每一个Runloop结束时，当前栈顶的 Autorelease pool（main()里的autorelease）会被销毁，这样这个pool里的每个Object会被release。

3、@autoreleasepool的好处

在ARC 下，我们并不需要手动调用 autorelease 有关的方法，甚至可以完全不知道 autorelease 的存在，就可以正确管理好内存。因为 Cocoa Touch 的 Runloop 中，每个 runloop circle 中系统都自动加入了 Autorelease Pool 的创建和释放。

当我们需要创建和销毁大量的对象时，使用手动创建的 @autoreleasepool 可以有效的避免内存峰值的出现。因为如果不手动创建的话，外层系统创建的 pool 会在整个 runloop circle 结束之后才进行 drain，手动创建的话，会在 block 结束之后就进行 drain 操作。详情请参考苹果官方文档。一个普遍被使用的例子如下：

for (int i = 0; i < 100000000; i++)
{
    @autoreleasepool
    {
        NSString* string = @"ab c";
        NSArray* array = [string    componentsSeparatedByString:string];
    }
}

如果不使用@ autoreleasepool ，需要在循环结束之后释放 100000000 个字符串，如果使用的话，则会在每次循环结束的时候都进行 release 操作。

4、main.m 中 Autorelease Pool 的解释

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil,   NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

（1）根据苹果官方文档， UIApplicationMain 函数是整个 app 的入口，用来创建 application 对象（单例）和 application delegate。尽管这个函数有返回值，但是实际上却永远不会返回，当按下 Home 键时，app 只是被切换到了后台状态。

（2）同时参考苹果关于 Lifecycle 的官方文档，UIApplication 自己会创建一个 main run loop，我们大致可以得到下面的结论：

main.m 中的 UIApplicationMain 永远不会返回，只有在系统 kill 掉整个 app 时，系统会把应用占用的内存全部释放出来。

因为(1)， UIApplicationMain 永远不会返回，这里的 autorelease pool 也就永远不会进入到释放那个阶段

在 (2) 的基础上，假设有些变量真的进入了 main.m 里面这个 pool（没有被更内层的 pool 捕获），那么这些变量实际上就是被泄露的。这个 autorelease pool 等于是把这种泄露情况给隐藏起来了。

UIApplication 自己会创建 main run loop，在 Cocoa 的 runloop 中实际上也是自动包含 autorelease pool 的，因此 main.m 当中的 pool 可以认为是没有必要的。
在基于 AppKit 框架的 Mac OS 开发中， main.m 当中就是不存在 autorelease pool 的，也进一步验证了我们得到的结论。不过因为我们看不到更底层的代码，加上苹果的文档中不建议修改 main.m ，所以我们也没有理由就直接把它删掉

5、在子线程添加Autorelease Pool

主线程中开启runloop，有自动释放池，而使用GCD和NSOperation也会添加自动释放池。

而自定义的 NSOperation 和 NSThread 需要手动创建自动释放池。比如：自定义的 NSOperation 类中的 main 方法里就必须添加自动释放池，或开启runloop。否则出了作用域后，自动释放对象会因为没有自动释放池去处理它，而造成内存泄露。

但对于 blockOperation 和 invocationOperation 这种默认的Operation ，系统已经帮我们封装好了，不需要手动创建自动释放池。

6、Autorelease Pool 与函数返回值

如果一个函数的返回值是指向一个对象的指针，那么这个对象肯定不能在函数返回之前进行 release，这样调用者在调用这个函数时得到的就是野指针了，在函数返回之后也不能立刻就 release，因为我们不知道调用者是不是 retain 了这个对象，如果我们直接 release 了，可能导致后面在使用这个对象时它已经成为 nil 了。

为了解决这个纠结的问题， Objective-C 中对对象指针的返回值进行了区分，一种叫做 retained return value，另一种叫做 unretained return value。前者表示调用者拥有这个返回值，后者表示调用者不拥有这个返回值，按照“谁拥有谁释放”的原则，对于前者调用者是要负责释放的，对于后者就不需要了。

按照苹果的命名 convention，以 alloc, copy, init, mutableCopy 和 new 这些方法打头的方法，返回的都是 retained return value，例如 [[NSString alloc] initWithFormat:]，而其他的则是 unretained return value，例如 [NSString stringWithFormat:]。我们在编写代码时也应该遵守这个 convention。

MRC中两张函数返回值的处理

对于 retained return value，需要负责释放

假设我们有一个 property 定义

@property (nonatomic, retain) NSObject *property;

赋值的时候，我们应该使用：

self.property = [[[NSObject alloc] init] autorelease];

然后在 dealloc 方法中加入：

[_property release];
_property = nil;

对于retained return value，无需理会。

+ (MyCustomClass *) myCustomClass   //类方法
{
    return [[[MyCustomClass alloc] init] autorelease]; // 需要autorelease
}

- (MyCustomClass *) initWithName:(NSString *) name   //实例方法
{
    return [[MyCustomClass alloc] init]; // 不需要 autorelease
}

不建议在IOS中使用autorelease和返回自动释放对象的释放方法

因为它是一种延迟释放。如果程序一直在运行，代码尚未出自动释放池之前，即使有很多对象不再需要了，但它们占用的内存并未完全释放。

ARC中对unretained return value的优化

对于unretained return value，ARC并不一定会使用autorelease

当方法全部基于 ARC 实现时，在方法 return 的时候，ARC 会调用 objc_autoreleaseReturnValue() 以替代 MRC 下的 autorelease。在 MRC 下需要 retain 的位置，ARC 会调用 objc_retainAutoreleasedReturnValue()。因此下面的 ARC 代码：

+ (instancetype)createSark {
    return [self new];
}
// caller
Sark *sark = [Sark createSark];

实际上会被改写成类似这样：

+ (instancetype)createSark {
    id tmp = [self new];
    return objc_autoreleaseReturnValue(tmp); // 代替我们调用autorelease
}
// caller
id tmp = objc_retainAutoreleasedReturnValue([Sark createSark]) // 代替我们调用retain
Sark *sark = tmp;
objc_storeStrong(&sark, nil); // 相当于代替我们调用了release

objc_autoreleaseReturnValue

id objc_autoreleaseReturnValue(id object) 
{
    if ( //调用者将会执行retain )    //如果发现后面会retain
    {
         set_flag(object);        //设置flag
         return object;           //将这个对象直接返回
    } 
    else
    {
         return [object autorelease];    //flag被设置之后就不autorelease 
    }
}

objc_retainAutoreleasedReturnValue

id objc_retainAutoreleasedReturnValue(id object) 
{ 
    if (get_flag(object))      //检测到flag被设置
    {
        clear_flag(object);     //清楚flag标志
        return object;          //返回这个对象
    } 
    else 
    {
        return [object retain];    //否则对对象retain
    }
}

7、ARC的使用范围仅对可保留指针（ROP）有用

代码块指针
oc对象指针
通过_attribute_((NSObject))类型定义的指针

8、ARC的命名规则

不能以new开头，如@property NSString *newString不允许