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ARC下,Dealloc还需要注意什么?

 4 years ago
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前言:

本次分享会先介绍Dealloc,对常见的用法分析,然后初步深入了解Dealloc的机制。

一、Dealloc 是什么

Deallocates the memory occupied by the receiver.

摘自 官方文档 ,文档描述,dealloc 其实就是NSObject的一个 方法 ,当对象被销毁的时候,系统就会回调这个方法,用来释放内存占用。 vEBvU3a.png!web 当然当iOS开发的应该都知道,这个方法默认是没有写的,因为系统会自动处理了,至于处理了什么,以及怎么处理,这个后文会继续分析。

二、Dealloc 怎么写

推荐的代码组织方式是将dealloc方法放在实现文件的最前面(直接在@synthesize以及@dynamic之后)

摘自《 禅与Objective-C编程艺术 》一书,书中提到了dealloc的方法实现建议放的位置。

顺便提一下, @synthesize 的语义是如果你没有手动实现 setter 方法和 getter 方法,那么编译器会自动为你加上这两个方法,当然定义一个属性的时候,系统会默认编写了,而 @dynamic 的用法则相反,属性的 setter 与 getter 方法由用户自己实现,不自动生成。

那dealloc方法里面,我们要处理什么?

在dealloc方法中通常需要做的有移除通知或监听操作,或对于一些非Objective-C对象也需要手动清空,比如CoreFoundation中的对象。

MRC下就要手动释放、置空变量等操作后还需要调用父类的dealloc,而ARC下除了CoreFoundation的对象需要手动释放以及KVO监听移除外(NSNotification 在iOS9之后也不需要手动移除了),基本就没了,当然ARC的内存销毁具有一定的滞后性,也可将一些变量手动置空,也就是告诉系统这些变量已经使用完毕可以释放了,当然也可以不做任何操作, 系统会自动释放这些成员变量或者属性

三、Dealloc 容易犯的错误

前面简单介绍了dealloc的定义以及用法,那我们平时开发的时候,会容易出现什么样的错误呢?下面会列举四种错误用法分析:

1、dealloc在什么线程中被调用

很多人都认为是在主线程调用的,其实并不是,而是取决于最后在什么线程中release后触发,这个稍后结合第四个错误点来分析会比较清楚。

Runtime 源码 objc-object.h 源码中可以得到上述结论。

ALWAYS_INLINE bool objc_object::rootRelease(bool performDealloc, bool handleUnderflow) 

...

if (performDealloc) {
((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, SEL_dealloc);
}

2、dealloc中置空操作

常见的操作:

- (void)dealloc {
NSLog(@"BaseModel dealloc");
self.baseName = nil;
}

这个表面看上去没什么问题,在《 Effective Objective-C 2.0 》一书中第7条提到:

在对象内部尽量直接访问实例变量,而在初始化方法和dealloc方法中,总是应该直接通过实例变量来读写数据。

除了文中所说的加快访问速度之外,但是如果用法不巧当的话,会出现不必要的崩溃问题。下面举个简单的例子分析一下:

定义了一个BaseModel 基类,基类中演示了使用 self.baseName = nil

@interface BaseModel : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString * _Nullable baseName;

@end

@implementation BaseModel

- (void)dealloc {
NSLog(@"BaseModel dealloc");
self.baseName = nil;
}

- (void)setBaseName:(NSString *)baseName {
_baseName = baseName;
NSLog(@"BaseModel setBaseName:%@", baseName);
}

@end

同时定义了一个子类SubModel继承自BaseModel,子类中重写了baseName 的setter方法,并获取baseName进行其他操作

@implementation SubModel// 继承自BaseModel

- (void)dealloc {
NSLog(@"SubModel dealloc");
}

- (void)setBaseName:(NSString *)baseName {
[super setBaseName:baseName];
NSLog(@"SubModel setBaseName:%@", [NSString stringWithString:baseName]);
}

@end

当SubModel作为一个临时变量生成后赋值baseName,变量使用完后系统会自动回收,此时大家可以想想会发什么什么问题?

不难想到,此时会出现崩溃现象,原因是 [NSString stringWithString:baseName] 这里,baseName是nil,而这个方法是不允许传nil参数的,当然,这个业务处理上肯定需要一个判空操作,我们先来分析一下为什么会是nil

子类SubModel被释放会调用子类的dealloc方法,然后会调用父类BaseModel的dealloc方法,此时父类中通过setter方法来赋值nil,而子类SubModel重写了,子类拿到nil来处理导致崩溃问题

究竟属性是否需要手动置空释放?实际上来说,是不需要手动释放的,因为dealloc中 .cxx_destruct 会处理。当然因为执行是有一定延迟性,为了节省资源,在确保属性没利用价值的时候可以手动清空,这个后文会分析dealloc的处理逻辑。

3、dealloc中使用__weak

举个简单例子来模拟实际复杂业务场景:

- (void)dealloc {
NSLog(@"SubModel dealloc");
[self performSelectorWhenDealloc];
}

- (void)performSelectorWhenDealloc {
__weak typeof(self) weakSelf = self;
// 模拟复杂的block结构,需要弱引用解除循环引用
void (^block)(void) = ^ {
[weakSelf test];
};
block();
}

当SubModel这个类被释放,调用dealloc的时候会出现崩溃,崩溃信息如下: Cannot form weak reference to instance (0x2813c4d90) of class xxx. It is possible that this object was over-released, or is in the process of deallocation.

Fz26Zvq.png!web

崩溃原因我们来分析一下:

先了解一下 __weak 到底做了什么操作,通过clang 转换的代码是这样的 __attribute__((objc_ownership(weak))) typeof(self) weakSelf = self; 这样还是看不出问题,我们看回堆栈,堆栈崩在 objc_initWeak 函数中,我们可以看看 Runtime 源码 objc_initWeak 函数的定义是怎么样的:

id
objc_initWeak(id *location, id newObj)
{
if (!newObj) {
*location = nil;
return nil;
}

return storeWeak<DontHaveOld, DoHaveNew, DoCrashIfDeallocating>
(location, (objc_object*)newObj);
}

可以留意到,内部调用了 storeWeak 函数,其中有个模板名称是 DontCrashIfDeallocating 不难猜到,当调用到了 storeWeak 函数的时候,如果释放过程中存储,那就会crash,函数最终会调用register函数 id weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)

id 
weak_register_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, 
id *referrer_id, bool crashIfDeallocating)
{
...
if (deallocating) {
if (crashIfDeallocating) {
_objc_fatal("Cannot form weak reference to instance (%p) of "
"class %s. It is possible that this object was "
"over-released, or is in the process of deallocation.",
(void*)referent, object_getClassName((id)referent));
} else {
return nil;
}
}
...
}

在这就找到了崩溃时打印出信息了。通过上面的分析,我们也知道, __weak 其实就是会最终调用 objc_initWeak 函数进行注册。抱着求学的态度,可以在 clang 8.7objc_initWeak 函数描述中找到答案:

object is a valid pointer which has not been registered as a __weak object. value is null or a pointer to a valid object. If value is a null pointer or the object to which it points has begun deallocation, object is zero-initialized. Otherwise, object is registered as a __weak object pointing to value. Equivalent to the following code:

4、dealloc中使用GCD

GCD相信大家平时用得不少,但在Dealloc方法里面使用GCD大家有没有注意呢,先来举个简单例子,我们在主线程中创建一个定时器,然后类被释放的时候销毁定时器,相关代码如下。

- (void)dealloc {
[self invalidateTimer];
}

- (void)fireTimer {
__weak typeof(self) weakSelf = self;
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
if (!weakSelf.timer) {
weakSelf.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 repeats:YES block:^(NSTimer * _Nonnull timer) {
NSLog(@"TestDeallocModel timer:%p", timer);
}];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:weakSelf.timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
}
});
}

- (void)invalidateTimer {
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
if (self.timer) {
NSLog(@"TestDeallocModel invalidateTimer:%p model:%p", self->_timer, self);
[self.timer invalidate];
self.timer = nil;
}
});
}

补充说明一下,定时器的释放和创建必须在同一个线程,这个也是比较容易犯的错误点,官方描述如下:

Stops the timer from ever firing again and requests its removal from its run loop.
This method is the only way to remove a timer from an NSRunLoop object. The NSRunLoop object removes its strong reference to the timer, either just before the invalidate method returns or at some later point. If it was configured with target and user info objects, the receiver removes its strong references to those objects as well.

简单解释一下,当前的定时器销毁只能从启动定时器的Runloop中移除,然后Runloop和线程是一一对应的,因此需要确保销毁和创建在同一个线程中处理,否则可能会出现释放不了的情况。

说回正题,当定时器所在类被释放后,此时调用 invalidateTimer 方法去销毁定时器的时候就会出现崩溃情况。

崩溃报错: Thread 1: EXC_BAD_ACCESS (code=EXC_I386_GPFLT)

出现访问野指针问题了,原因其实不难想到程序代码默认是在主线程主队列中执行,而dealloc中异步执行主队列中释放定时器释放,GCD会强引用 self ,此时dealloc已经执行完成了,那么 self 其实已经被free释放掉了,此时销毁内部再调用 self 就会访问野指针。

我们来继续分析一下,GCD为啥会强引用 self ,以及简单分析一下GCD的调用时机问题。

强引用问题,我们可以通过Clang去查看一下底层源码实现,简单转换如下代码:

- (void)dealloc {
dispatch_async(dispatch_queue_create("Kong", 0), ^{
[self test];
});
}

转换后如下:

struct __TestModel__dealloc_block_impl_0 {
struct __block_impl impl;
struct __TestModel__dealloc_block_desc_0* Desc;
TestModel *const __strong self;
__TestModel__dealloc_block_impl_0(void *fp, struct __TestModel__dealloc_block_desc_0 *desc, TestModel *const __strong _self, int flags=0) : self(_self) {
impl.isa = &_NSConcreteStackBlock;
impl.Flags = flags;
impl.FuncPtr = fp;
Desc = desc;
}
};

static void __TestModel__dealloc_block_func_0(struct __TestModel__dealloc_block_impl_0 *__cself) {
TestModel *const __strong self = __cself->self; // bound by copy

((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)self, sel_registerName("test"));
}


static void __TestModel__dealloc_block_copy_0(struct __TestModel__dealloc_block_impl_0*dst, struct __TestModel__dealloc_block_impl_0*src) {_Block_object_assign((void*)&dst->self, (void*)src->self, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}



static void __TestModel__dealloc_block_dispose_0(struct __TestModel__dealloc_block_impl_0*src) {_Block_object_dispose((void*)src->self, 3/*BLOCK_FIELD_IS_OBJECT*/);}



static struct __TestModel__dealloc_block_desc_0 {
size_t reserved;
size_t Block_size;
void (*copy)(struct __TestModel__dealloc_block_impl_0*, struct __TestModel__dealloc_block_impl_0*);
void (*dispose)(struct __TestModel__dealloc_block_impl_0*);
} __TestModel__dealloc_block_desc_0_DATA = { 0, sizeof(struct __TestModel__dealloc_block_impl_0), __TestModel__dealloc_block_copy_0, __TestModel__dealloc_block_dispose_0};

static void _I_TestModel_dealloc(TestModel * self, SEL _cmd) {
dispatch_async(dispatch_queue_create("Kong", 0), ((void (*)())&__TestModel__dealloc_block_impl_0((void *)__TestModel__dealloc_block_func_0, &__TestModel__dealloc_block_desc_0_DATA, self, 570425344)));
}

转换后的代码量有点多,我们可以只抓重点来查看一下,具体实现细节本文就不过多分析。

可以发现, dealloc 方法 转换成 static void _I_TestModel_dealloc(TestModel * self, SEL _cmd) 内部调用的 dispatch 方法变化不大,主要是看Block的传递,可以留意到 __TestModel__dealloc_block_impl_0 这个结构体地址参数,看其代码实现可以发现, TestModel *const __strong self; 就是这个 __strong 使得Block 会对 self 进行强引用。顺带说一下,结构体中有个 struct __block_impl impl; 成员变量,而这个结构体内部有个 FuncPtr 成员,Block的调用实际上就是通过 FuncPtr 来实现的。

以上就通过一个简单的例子,解释了dealloc 中使用GCD中出现的问题,实际上,GCD还会出现很多种搭配情况,这里简单画了一个图:

7n6bim7.png!web

原理是一样的,简单总结一下: GCD任务底层通过链表管理,队列任务遵循FIFO模式,那么任务执行肯定就会有延迟性,同一时刻只能执行一个任务,只要dealloc任务执行先,那么此时block使用self就会访问野指针,因为dealloc内会有free操作。

四、Dealloc 源码分析

上文解答了dealloc 中的几种使用情况,具体源码实现还没分析,下面我们来分析一下源码到底是如何实现的。本文的分析源码版本是 objc4-756.2.tar.gz

我们通过问题来阅读源码:

1、为什么dealloc 中使用GCD 会容易访问野指针?

出现野指针访问,那肯定就有free操作,我们查一下这个free是在哪一步执行:

dealloc 在NSObject.mm 文件中的实现

// Replaced by NSZombies
- (void)dealloc {
_objc_rootDealloc(self);
}

最终调用在 objc-object.h 的 inline void objc_object::rootDealloc() 函数中

inline void
objc_object::rootDealloc()
{
if (isTaggedPointer()) return;  // fixme necessary?

if (fastpath(isa.nonpointer  &&  // 是否是优化过的isa
!isa.weakly_referenced  &&  // 不包含或者不曾经包含weak指针
!isa.has_assoc  &&  // 没有关联对象
!isa.has_cxx_dtor  &&  // 没有c++析构方法
!isa.has_sidetable_rc))// 引用计数没有超出上限的时候可以快速释放,rootRetain(bool tryRetain, bool handleOverflow) 中设置为true
{
assert(!sidetable_present());
free(this);
} 
else {
object_dispose((id)this);
}
}

可以看到满足一定条件下,对象指针会直接free释放掉,实际很多情况下都会走 object_dispose((id)this) 函数,这个函数是在objc-runtime-new.mm文件,下面继续分析这个函数实现

id 
object_dispose(id obj)
{
if (!obj) return nil;

objc_destructInstance(obj);
/// 释放内存
free(obj);

return nil;
}

终于看到了大概调用结构了, objc_destructInstance 函数后面分析,可以发现 dealloc 内部最终都会走 free 操作,而这个操作就会导致野指针访问问题

2、为什么属性或者说成员变量会自动释放?

开篇说了系统会自动释放属性或者成员变量,其实就是 objc_destructInstance 函数的处理,其定义如下:

void *objc_destructInstance(id obj) 
{
if (obj) {
// Read all of the flags at once for performance.
bool cxx = obj->hasCxxDtor();
bool assoc = obj->hasAssociatedObjects();

// This order is important.
// 对象拥有成员变量时编译器会自动插入.cxx_desctruct方法用于自动释放,可打印方法名证明;
if (cxx) object_cxxDestruct(obj);
// 移除关联对象
if (assoc) _object_remove_assocations(obj);
// weak->nil
obj->clearDeallocating();
}

return obj;
}

代码上我已经部分注释了,我们直接看 object_cxxDestruct 函数实现,后面 _object_remove_assocations 是移除关联对象,就是我们分类中通过 objc_setAssociatedObject 函数新增的就是关联对象,而 clearDeallocating 则是把对应weak哈希表的置空

void object_cxxDestruct(id obj)
{
if (!obj) return;
// 如果是isTaggedPointer,不处理

///为了节省内存和提高执行效率,苹果提出了Tagged Pointer的概念,避免32位机器迁移到64位机器内存翻倍 https://blog.devtang.com/2014/05/30/understand-tagged-pointer
if (obj->isTaggedPointer()) return;
object_cxxDestructFromClass(obj, obj->ISA());
}
static void object_cxxDestructFromClass(id obj, Class cls)
{
void (*dtor)(id);

// Call cls's dtor first, then superclasses's dtors.
// 按继承链释放
for ( ; cls; cls = cls->superclass) {
if (!cls->hasCxxDtor()) return;
/// .cxx_destruct是编译器生成的代码,在.cxx_destruct进行形如objc_storeStrong(&ivar, null)的调用后,对应的实例变量就被release和设置成nil了
dtor = (void(*)(id))
lookupMethodInClassAndLoadCache(cls, SEL_cxx_destruct);
// 进行过动态方法解析后会标记IMP为_objc_msgForward_impcache,进行缓存后会进行消息分发
if (dtor != (void(*)(id))_objc_msgForward_impcache) {
if (PrintCxxCtors) {
_objc_inform("CXX: calling C++ destructors for class %s", 
cls->nameForLogging());
}
(*dtor)(obj);
}
}
}

看最终实现可以发现,内部就是通过继承链遍历调用 lookupMethodInClassAndLoadCache 函数来进行后续释放,实际上是通过 SEL_cxx_destruct 来执行C++的析构方法

我们可以通过 watchpoint 来监控对象属性的释放,监控堆栈如下: NzInM3V.png!web 可以看出,最终实际上就是调用了 objc_storeStrong 函数来做释放操作,可以查看源码如下

void
objc_storeStrong(id *location, id obj)
{
id prev = *location;
if (obj == prev) {
return;
}
objc_retain(obj);
*location = obj;
objc_release(prev);
}

简单总结一下dealloc的处理逻辑

3e2mIbM.png!web

五、Dealloc 用法总结

1、dealloc中尽量直接访问实例变量来置空。

2、dealloc中切记不能使用__weak self。

3、dealloc中切线程操作尽量避免使用GCD,可利用performSelector,确保线程操作先于dealloc完成。

六、Dealloc 机制应用

从源码中可以知道,dealloc在对象置nil以及free之前,会进行关联对象释放,那么可以利用关联对象销毁监听dealloc完成,做一些自动释放操作,例如通知监听释放等,实际上网上也是有一些例子了。

简单的源码演示:

@interface TestDeallocAssociatedObject : NSObject

- (instancetype)initWithDeallocBlock:(void (^)(void))block;

@end
@implementation TestDeallocAssociatedObject {
void(^_block)(void);
}

- (instancetype)initWithDeallocBlock:(void (^)(void))block {

if (self = [super init]) {
self->_block = [block copy];
}
return self;
}

- (void)dealloc {
if (self->_block) {
self->_block();
}
}

@end

然后在需要监听的地方创建关联对象,Block内处理即可,此时要注意Block引用的问题。

// 添加关联对象
TestDeallocAssociatedObject *object = [[TestDeallocAssociatedObject alloc] initWithDeallocBlock:^{
NSLog(@"TestDeallocAssociatedObject dealloc");
}];
objc_setAssociatedObject(self, &KTestDeallocAssociatedObjectKey, object, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);

七、结语

通过几个常见案例,逐步分析dealloc的底层代码实现,本文篇幅有点多,如果有描述错误或者不当的地方,欢迎指正~喜欢的可以点个赞哈,谢谢!


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