【iOS】OC底层系列十六 - 内存管理-内存布局

发表于 | 分类于 ，
| 字数统计 832 字 | 阅读时长 3 分钟

面试题1：介绍下内存的几大区域。

面试题2：对NSString、NSNumber的理解。

一、内存布局

内存布局有4个核心区域：

  • 代码段：编译之后的代码。
  • 数据段：
    • 字符串常量：比如NSString *str = @"123"
    • 已初始化数据：已初始化的全局变量、静态变量等
    • 未初始化数据：未初始化的全局变量、静态变量等
    • ……
  • 堆：通过alloc、malloc、calloc等动态分配的空间。分配的内存空间地址越来越大
  • 栈：函数调用开销，比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小

二、Tagged Pointer

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

在没有使用TaggedPointer之前，NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值（和普通对象没有区别）。

使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中。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。

objc_msgSend内部能识别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（不需要找isa链条）。

如何判断一个指针是否为TaggedPointer？

  • iOS平台，指针的最高有效位是1（第64bit）。
  • Mac平台，指针的最低有效位是1。堆空间分配的地址最低有效位是0（因为内存对齐数是16，16的二进制最后一位一定是0）。

在objc源码中对象release操作有判断当前对象是否是TaggedPointer：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
#if TARGET_OS_OSX && __x86_64__
    // 64-bit Mac - tag bit is LSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else
    // Everything else - tag bit is MSB
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif

#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else
#   define _OBJC_TAG_MSK 1UL
#endif

static inline bool
_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr) {
    return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}

面试题：思考以下2段代码能发生什么事？有什么区别？

代码一：

1
2
3
4
5
6
7
8
@property (nonatomic, copy) NSString *name;

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"];
    });
}

执行代码一会程序崩溃（报错：坏内存访问），因为ARC最终转换成了MRC，而self.name = *是调用了name的setter方法：

1
2
3
4
5
6
- (void)setName:(NSString *)name {
		if (_name != name) {
				[_name release];
				_name = [name copy];
		}
}

由于是异步访问name的setter方法，所以可能成员变量_name被释放多次，导致程序崩溃。

解决方法：把属性name的修饰符改为atomic（setter和getter方法内部线程安全）。

1
@property (atomic, copy) NSString *name;

也可以在访问name的线程外部加锁保证线程安全（推荐。这样不影响其他代码正常访问）。

代码二：

1
2
3
4
5
6
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"];
    });
}

执行上面的代码后，喜剧性的一幕出现了，程序没有崩溃，不管运行多少次都不会崩溃，仅仅是修改了字符串的长度，为什么会出现这种情况呢？

上面两段代码的变量name地址值不同，[NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];是OC对象（__NSCFString类型），[NSString stringWithFormat:@"abc"];是TaggedPointer（NSTaggedPointerString类型）。而非对象类型是不会有release操作的。