AutoreleasePool（自动释放池）是OC中的一种内存自动回收机制，它可以延迟加入AutoreleasePool中的变量release的时机。在正常情况下，创建的变量会在超出其作用域的时候release，但是如果将变量加入AutoreleasePool，那么release将延迟执行。
App启动后，苹果在主线程 RunLoop里注册了两个 Observer，其回调都是 _wrapRunLoopWithAutoreleasePoolHandler()，从程序启动到加载完成，主线程对应的runloop会处于休眠状态，等待用户交互来唤醒runloop
第一个 Observer 监视的事件是 Entry(即将进入Loop)，其回调内会调用 _objc_autoreleasePoolPush()创建自动释放池。优先级最高，保证创建释放池发生在其他所有回调之前第二个 Observer监视了两个事件：BeforeWaiting(准备进入休眠) 时调用_objc_autoreleasePoolPop() 和 _objc_autoreleasePoolPush()释放旧的池并创建新池；Exit(即将退出Loop) 时调用 _objc_autoreleasePoolPop()来释放自动释放池。优先级最低，保证其释放池子发生在其他所有回调之后。 用户的每一次交互都会启动一次runloop，用于处理用户的所有点击、触摸事件等runloop在监听到交互事件后，就会创建自动释放池，并将所有延迟释放的对象添加到自动释放池中主线程执行的代码，通常是写在诸如事件回调、Timer回调内的。这些回调会被RunLoop创建好的 AutoreleasePool环绕着，所以不会出现内存泄漏，开发者也不必显示创建 Pool了。在一次完整的runloop结束之前，会向自动释放池中所有对象发送release消息，然后销毁自动释放池
clang 分析
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
}
}
通过clang编译成cpp文件插看实现：
xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch x86_64 -rewrite-objc main.m
int main(int argc, char * argv[]) {
/* @autoreleasepool */ {
__AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
}
}
struct __AtAutoreleasePool {
__AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
void * atautoreleasepoolobj;
};
通过代码可以看出autoreleasepool在底层实际是调用__AtAutoreleasePool，而__AtAutoreleasePool本质上是一个结构体，其内部包含构造函数__AtAutoreleasePool()与析构函数~__AtAutoreleasePool()，在{}作用域结束后会自动调用析构函数，以便及时创建销毁
###汇编分析
struct LGTest {
LGTest(){
printf("1123 - %s",__func__);
}
~LGTest(){
printf("5667 - %s",__func__);
}
};
int main(int argc, char * argv[]) {
LGTest LGTest;
}
在main函数中添加断点查看汇编
可以看出跟clang编译后一样都是经过objc_autoreleasePoolPush与objc_autoreleasePoolPop
在objc源码中是这样注释的
Autorelease pool implementation
- A thread's autorelease pool is a stack of pointers.
线程的自动释放池是指针的堆栈
- Each pointer is either an object to release, or POOL_BOUNDARY which is an autorelease pool boundary.
每个指针都是要释放的对象，或者是POOL_BOUNDARY（哨兵），它是自动释放池的边界。
- A pool token is a pointer to the POOL_BOUNDARY for that pool. When the pool is popped, every object hotter than the sentinel is released.
池令牌是指向该池的POOL_BOUNDARY的指针。d出池后，将释放比哨点更热的每个对象。
- The stack is divided into a doubly-linked list of pages. Pages are added and deleted as necessary.
堆栈分为两个双向链接的页面列表。根据需要添加和删除页面。
- Thread-local storage points to the hot page, where newly autoreleased objects are stored.
线程本地存储指向热页面，该页面存储新自动释放的对象。
查看源码
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
return AutoreleasePoolPage::push();
}
NEVER_INLINE
void
objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt)
{
AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}
通过代码可以看出push与pop *** 作都是基于AutoreleasePoolPage，根据其定义看出自动释放池是页结构，每页的大小为4096字节
//************宏定义************
#define PAGE_MIN_SIZE PAGE_SIZE
#define PAGE_SIZE I386_PGBYTES
#define I386_PGBYTES 4096 /* bytes per 80386 page */
//************类定义************
class AutoreleasePoolPage : private AutoreleasePoolPageData
{
friend struct thread_data_t;
public:
//页的大小
static size_t const SIZE =
#if PROTECT_AUTORELEASEPOOL
PAGE_MAX_SIZE; // must be multiple of vm page size
#else
PAGE_MIN_SIZE; // size and alignment, power of 2
#endif
private:
...
//构造函数
AutoreleasePoolPage(AutoreleasePoolPage *newParent) :
AutoreleasePoolPageData(begin(),//开始存储的位置
objc_thread_self(),//传的是当前线程，当前线程时通过tls获取的
newParent,
newParent ? 1+newParent->depth : 0,//如果是第一页深度为0，往后是前一个的深度+1
newParent ? newParent->hiwat : 0)
{...}
//析构函数
~AutoreleasePoolPage() {...}
...
//页的开始位置
id * begin() {...}
//页的结束位置
id * end() {...}
//页是否为空
bool empty() {...}
//页是否满了
bool full() {...}
//页的存储是否少于一半
bool lessThanHalfFull() {...}
//添加释放对象
id *add(id obj){...}
//释放所有对象
void releaseAll() {...}
//释放到stop位置之前的所有对象
void releaseUntil(id *stop) {...}
//杀掉
void kill() {...}
//释放本地线程存储空间
static void tls_dealloc(void *p) {...}
//获取AutoreleasePoolPage
static AutoreleasePoolPage *pageForPointer(const void *p) {...}
static AutoreleasePoolPage *pageForPointer(uintptr_t p) {...}
//是否有空池占位符
static inline bool haveEmptyPoolPlaceholder() {...}
//设置空池占位符
static inline id* setEmptyPoolPlaceholder(){...}
//获取当前 *** 作页
static inline AutoreleasePoolPage *hotPage(){...}
//设置当前 *** 作页
static inline void setHotPage(AutoreleasePoolPage *page) {...}
//获取coldPage
static inline AutoreleasePoolPage *coldPage() {...}
//快速释放
static inline id *autoreleaseFast(id obj){...}
//添加自动释放对象，当页满的时候调用这个方法
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page) {...}
//添加自动释放对象，当没页的时候使用这个方法
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseNoPage(id obj){...}
//创建新页
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseNewPage(id obj) {...}
public:
//自动释放
static inline id autorelease(id obj){...}
//入栈
static inline void *push() {...}
//兼容老的 SDK 出栈方法
__attribute__((noinline, cold))
static void badPop(void *token){...}
//出栈页面
template
static void
popPage(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop){...}
__attribute__((noinline, cold))
static void
popPageDebug(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop){...}
//出栈
static inline void
pop(void *token){...}
static void init(){...}
//打印
__attribute__((noinline, cold))
void print(){...}
//打印所有
__attribute__((noinline, cold))
static void printAll(){...}
//打印Hiwat
__attribute__((noinline, cold))
static void printHiwat(){...}
根据代码可以看出AutoreleasePoolPage继承与AutoreleasePoolPageData
struct AutoreleasePoolPageData
{
magic_t const magic; // 内存大小为m[4];所占内存（即4*4=16字节）
__unsafe_unretained id *next;// 8字节
pthread_t const thread;// 8字节
AutoreleasePoolPage * const parent;// 8字节
AutoreleasePoolPage *child;// 8字节
uint32_t const depth;// 4字节
uint32_t hiwat;// 4字节
AutoreleasePoolPageData(__unsafe_unretained id* _next, pthread_t _thread, AutoreleasePoolPage* _parent, uint32_t _depth, uint32_t _hiwat)
: magic(), next(_next), thread(_thread),
parent(_parent), child(nil),
depth(_depth), hiwat(_hiwat)
{
}
};
magic 用来校验AutoreleasePoolPage 的结构是否完整;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，第一个结点的 parent 值为nil ;child指向子结点，最后一个结点的child值为 nil ;depth代表深度，从 0开始，往后递增1;hiwat 代表 high water mark 最大入栈数量标记
根据变量看出其中包含parent与child，两者相互存在关系，可以得出是一个双向链表结构
#####push
//入栈
static inline void *push()
{
id *dest;
//判断是否有pool
if (slowpath(DebugPoolAllocation)) {
// Each autorelease pool starts on a new pool page.自动释放池从新池页面开始
//如果没有，则创建
dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
} else {
//压栈一个POOL_BOUNDARY，即压栈哨兵
dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
}
ASSERT(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
return dest;
}
通过代码可以看出，通判断是否存在pool，如果存在直接压栈，如果没有则需要创建
//创建新页
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseNewPage(id obj)
{
//获取当前 *** 作页
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
//如果存在，则压栈对象
if (page) return autoreleaseFullPage(obj, page);
//如果不存在，则创建页
else return autoreleaseNoPage(obj);
}
//获取当前 *** 作页
static inline AutoreleasePoolPage *hotPage()
{
//获取当前页
AutoreleasePoolPage *result = (AutoreleasePoolPage *)
tls_get_direct(key);
//如果是一个空池，则返回nil，否则，返回当前线程的自动释放池
if ((id *)result == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) return nil;
if (result) result->fastcheck();
return result;
}
//******** autoreleaseNoPage方法 ********
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseNoPage(id obj)
{
// "No page" could mean no pool has been pushed
// or an empty placeholder pool has been pushed and has no contents yet
ASSERT(!hotPage());
bool pushExtraBoundary = false;
//判断是否是空占位符，如果是，则压栈哨兵标识符置为YES
if (haveEmptyPoolPlaceholder()) {
// We are pushing a second pool over the empty placeholder pool
// or pushing the first object into the empty placeholder pool.
// Before doing that, push a pool boundary on behalf of the pool
// that is currently represented by the empty placeholder.
pushExtraBoundary = true;
}
//如果对象不是哨兵对象，且没有Pool，则报错
else if (obj != POOL_BOUNDARY && DebugMissingPools) {
// We are pushing an object with no pool in place,
// and no-pool debugging was requested by environment.
_objc_inform("MISSING POOLS: (%p) Object %p of class %s "
"autoreleased with no pool in place - "
"just leaking - break on "
"objc_autoreleaseNoPool() to debug",
objc_thread_self(), (void*)obj, object_getClassName(obj));
objc_autoreleaseNoPool(obj);
return nil;
}
//如果对象是哨兵对象，且没有申请自动释放池内存，则设置一个空占位符存储在tls中，其目的是为了节省内存
else if (obj == POOL_BOUNDARY && !DebugPoolAllocation) {//如果传入参数为哨兵
// We are pushing a pool with no pool in place,
// and alloc-per-pool debugging was not requested.
// Install and return the empty pool placeholder.
return setEmptyPoolPlaceholder();//设置空的占位符
}
// We are pushing an object or a non-placeholder'd pool.
// Install the first page.
//初始化第一页
AutoreleasePoolPage *page = new AutoreleasePoolPage(nil);
//设置page为当前聚焦页
setHotPage(page);
// Push a boundary on behalf of the previously-placeholder'd pool.
//压栈哨兵的标识符为YES，则压栈哨兵对象
if (pushExtraBoundary) {
//压栈哨兵
page->add(POOL_BOUNDARY);
}
// Push the requested object or pool.
//压栈对象
return page->add(obj);
}
通过代码得知逻辑为：
通过hotPage获取当前 *** 作页
如果存在，则通过autoreleaseFullPage直接将对象进行压栈如果不存在，则通过autoreleaseNoPage创建页
//********begin()********
//页的开始位置
id * begin() {
//等于 首地址+56（AutoreleasePoolPage类所占内存大小）
return (id *) ((uint8_t *)this+sizeof(*this));
}
根据代码得知begin()是页的起始位置即存储对象的起始位置，由于AutoreleasePoolPageData是一个结构体，存储对象的话需要将AutoreleasePoolPageData的地址进行平移结构体的大小才能开始存储，上面分析其属性时可以得出共56字节，故而begin（）地址为首地址+56
######验证
由于在ARC模式下，是无法手动调用autorelease，所以将Demo切换至MRC模式（Build Settings -> Objectice-C Automatic Reference Counting设置为NO）
//************打印自动释放池结构************
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);
//************运行代码************
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
//循环创建对象，并加入自动释放池
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSObject *objc = [[NSObject alloc] sutorelease];
}
//调用
_objc_autoreleasePoolPrint();
}
}
根据代码可以看出，本质上应该只打印5个对象，但实际上打印内容多出一个POOL，其就表示哨兵，为了防止越界
并且查看对应地址时，可以看出起始位置为0x100817000，但是哨兵的位置为0x100817038，根据十六进制计算得出38=3*16+8 = 56，这样也可以验证begin（）起始位置是经过内存平移56个字节
通过更改i的大小可以发现，当i为504时正好一页存储，而当i为505时，就需要两页，但是第二页中只有对象，并没有哨兵，这样就可以得知，哨兵在自动释放池中只存在一个，且在第一页，每页存储的数据为505个，第一页为504个对象+哨兵，其他页为505个对象，因为每页内存大小为4096字节，就可以得出：505* 8 = 4040 + 56 = 4096
####压栈
根据上面push代码可以得知，当没有页时是创建页，而当有页时，直接压栈
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
//获取当前 *** 作页
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
//判断页是否满了
if (page && !page->full()) {
//如果未满，则压栈
return page->add(obj);
} else if (page) {
//如果满了，则安排新的页面
return autoreleaseFullPage(obj, page);
} else {
//页不存在，则新建页
return autoreleaseNoPage(obj);
}
}
压栈时，首先判断当前页是否满了，如果未满直接压栈，如果满了则需创建新页面
//添加自动释放对象，当页满的时候调用这个方法
static __attribute__((noinline))
id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page)
{
// The hot page is full.
// Step to the next non-full page, adding a new page if necessary.
// Then add the object to that page.
ASSERT(page == hotPage());
ASSERT(page->full() || DebugPoolAllocation);
//do-while遍历循环查找界面是否满了
do {
//如果子页面存在，则将页面替换为子页面
if (page->child) page = page->child;
//如果子页面不存在，则新建页面
else page = new AutoreleasePoolPage(page);
} while (page->full());
//设置为当前 *** 作页面
setHotPage(page);
//对象压栈
return page->add(obj);
}
next指针存储释放对象，并将next指针递增，表示下一个释放对象存储的位置。从这里可以看出页是通过栈结构存储
//添加释放对象
id *add(id obj)
{
ASSERT(!full());
unprotect();
//传入对象存储的位置
id *ret = next; // faster than `return next-1` because of aliasing
//将obj压栈到next指针位置，然后next进行++，即下一个对象存储的位置
*next++ = obj;
protect();
return ret;
}
####pop
在objc_autoreleasePoolPop方法中有个参数，在clang分析时，发现传入的参数是push压栈后返回的哨兵对象，即ctxt，其目的是避免出栈混乱，防止将别的对象出栈
//出栈
static inline void
pop(void *token)
{
AutoreleasePoolPage *page;
id *stop;
//判断对象是否是空占位符
if (token == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) {
//如果当是空占位符
// Popping the top-level placeholder pool.
//获取当前页
page = hotPage();
if (!page) {
// Pool was never used. Clear the placeholder.
//如果当前页不存在，则清除空占位符
return setHotPage(nil);
}
// Pool was used. Pop its contents normally.
// Pool pages remain allocated for re-use as usual.
//如果当前页存在，则将当前页设置为coldPage,token设置为coldPage的开始位置
page = coldPage();
token = page->begin();
} else {
//获取token所在的页
page = pageForPointer(token);
}
stop = (id *)token;
//判断最后一个位置，是否是哨兵
if (*stop != POOL_BOUNDARY) {
//最后一个位置不是哨兵，即最后一个位置是一个对象
if (stop == page->begin() && !page->parent) {
//如果是第一个位置，且没有父节点，什么也不做
// Start of coldest page may correctly not be POOL_BOUNDARY:
// 1. top-level pool is popped, leaving the cold page in place
// 2. an object is autoreleased with no pool
} else {
//如果是第一个位置，且有父节点，则出现了混乱
// Error. For bincompat purposes this is not
// fatal in executables built with old SDKs.
return badPop(token);
}
}
if (slowpath(PrintPoolHiwat || DebugPoolAllocation || DebugMissingPools)) {
return popPageDebug(token, page, stop);
}
//出栈页
return popPage(token, page, stop);
}
传入的allowDebug为false，则通过releaseUntil出栈当前页stop位置之前的所有对象，即向栈中的对象发送release消息，直到遇到传入的哨兵对象
//出栈页面
template
static void
popPage(void *token, AutoreleasePoolPage *page, id *stop)
{
if (allowDebug && PrintPoolHiwat) printHiwat();
//出栈当前 *** 作页面对象
page->releaseUntil(stop);
// memory: delete empty children 删除空子项
if (allowDebug && DebugPoolAllocation && page->empty()) {
// special case: delete everything during page-per-pool debugging
//调试期间删除每个特殊情况下的所有池
//获取当前页面的父节点
AutoreleasePoolPage *parent = page->parent;
//将当前页面杀掉
page->kill();
//设置 *** 作页面为父节点页面
setHotPage(parent);
}
else if (allowDebug && DebugMissingPools && page->empty() && !page->parent) {
// special case: delete everything for pop(top)
// when debugging missing autorelease pools
//特殊情况：调试丢失的自动释放池时删除pop（top）的所有内容
page->kill();
setHotPage(nil);
}
else if (page->child) {
// hysteresis: keep one empty child if page is more than half full 如果页面已满一半以上，则保留一个空子级
if (page->lessThanHalfFull()) {
page->child->kill();
}
else if (page->child->child) {
page->child->child->kill();
}
}
}
进入releaseUntil实现，主要是通过循环遍历，判断对象是否等于stop，其目的是释放stop之前的所有的对象，
首先通过获取page的next释放对象（即page的最后一个对象），并对next进行递减，获取上一个对象
判断是否是哨兵对象，如果不是则自动调用objc_release释放
//释放到stop位置之前的所有对象
void releaseUntil(id *stop)
{
// Not recursive: we don't want to blow out the stack 不是递归的：我们不想破坏堆栈
// if a thread accumulates a stupendous amount of garbage
//判断下一个对象是否等于stop，如果不等于，则进入while循环
while (this->next != stop) {
// Restart from hotPage() every time, in case -release
// autoreleased more objects 每次从hotPage（）重新启动，以防-release自动释放更多对象
//获取当前 *** 作页面，即hot页面
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
// fixme I think this `while` can be `if`, but I can't prove it
//如果当前页是空的
while (page->empty()) {
//将page赋值为父节点页
page = page->parent;
//并设置当前页为父节点页
setHotPage(page);
}
page->unprotect();
//next进行-- *** 作，即出栈
id obj = *--page->next;
//将页索引位置置为SCRIBBLE，表示已经被释放
memset((void*)page->next, SCRIBBLE, sizeof(*page->next));
page->protect();
if (obj != POOL_BOUNDARY) {
//释放
objc_release(obj);
}
}
//设置当前页
setHotPage(this);
#if DEBUG
// we expect any children to be completely empty
for (AutoreleasePoolPage *page = child; page; page = page->child) {
ASSERT(page->empty());
}
#endif
}
进入kill实现，主要是销毁当前页，将当前页赋值为父节点页，并将父节点页的child对象指针置为nil
//销毁
void kill()
{
// Not recursive: we don't want to blow out the stack
// if a thread accumulates a stupendous amount of garbage
AutoreleasePoolPage *page = this;
//获取最后一个页
while (page->child) page = page->child;
AutoreleasePoolPage *deathptr;
do {
deathptr = page;
//子节点 变成 父节点
page = page->parent;
if (page) {
page->unprotect();
//子节点为nil
page->child = nil;
page->protect();
}
delete deathptr;
} while (deathptr != this);
}
#总结
在自动释放池的压栈（即push） *** 作中
当没有pool，即只有空占位符（存储在tls中）时，则创建页，压栈哨兵对象
在页中压栈普通对象主要是通过next指针递增进行的，
当页满了时，需要设置页的child对象为新建页
在自动释放池的出栈（即pop） *** 作中
在页中出栈普通对象主要是通过next指针递减进行的，
当页空了时，需要赋值页的parent对象为当前页
图片来源月月
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