iOS - AutoreleasePool

1. 基本数据结构

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// AutoreleasePool 的基本结构
struct AutoreleasePoolPage {
    static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;
    magic_t const magic;
    id *next;               // 指向下一个可存放对象的地址
    pthread_t const thread; // 所属线程
    AutoreleasePoolPage * const parent;  // 双向链表结构
    AutoreleasePoolPage *child;
    uint32_t const depth;
    uint32_t hiwat;
    
    // 大小固定为 4096 字节（一个虚拟内存页的大小）
    static size_t const SIZE = PAGE_MAX_SIZE;
}

2. 存储结构

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class AutoreleasePoolPage {
    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
    
    // 存储空间
    id *begin() { return (id *) ((uint8_t *)this+sizeof(*this)); }
    id *end() { return (id *) ((uint8_t *)this+SIZE); }
}

2.2 哨兵对象

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#define POOL_BOUNDARY nil     // 池边界标记
static inline void *push() {
    id *dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
    return dest;
}

3. 线程关系

3.1 TLS存储

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// 每个线程都有自己的 AutoreleasePool 栈
static pthread_key_t key;
static void tls_dealloc(void *p) {
    if (p == (void*)EMPTY_POOL_PLACEHOLDER) return;
    AutoreleasePoolPage *page = (AutoreleasePoolPage*)p;
    page->kill();  // 清理操作
}

3.2 线程本地存储初始化

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void tls_init() {
    _objc_pthread_key = pthread_key_create(&_objc_pthread_destroyspecific);
    AutoreleasePoolPage::key = tls_create(&_objc_autoreleasepool_deallocate);
}

4. 对象管理

4.1 添加对象

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static inline id *autoreleaseFast(id obj) {
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    if (page && !page->full()) {
        return page->add(obj);
    } else if (page) {
        return autoreleaseFullPage(obj, page);
    } else {
        return autoreleaseNoPage(obj);
    }
}

4.2 清理对象

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void releaseAll() {
    // 释放所有autorelease对象
    AutoreleasePoolPage *page = this;
    while (page->child) page = page->child;
    
    do {
        page->releaseUntil(page->begin());
    } while ((page = page->parent));
}

5. 生命周期管理

5.1 创建时机

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// 1. 显式创建
@autoreleasepool {
    // 代码块
}

// 2. RunLoop 相关
void _wrapRunLoopWithAutoreleasePool(void) {
    @autoreleasepool {
        // RunLoop 逻辑
    }
}

5.2 释放时机

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// 1. @autoreleasepool 块结束
{
    void *token = objc_autoreleasePoolPush();
    // ... 
    objc_autoreleasePoolPop(token);
}

// 2. RunLoop 迭代结束
void _runLoopIterationDidEnd() {
    objc_autoreleasePoolPop(currentPool);
}

6. 内存管理

6.1 页面管理

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void *push() {
    id *dest;
    if (DebugPoolAllocation) {
        // ...debug code...
    }
    dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
    return dest;
}

static inline void pop(void *token) {
    AutoreleasePoolPage *page;
    id *stop;
    page = pageForPointer(token);
    stop = (id *)token;
    page->releaseUntil(stop);
}

6.2 溢出处理

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static id *autoreleaseFullPage(id obj, AutoreleasePoolPage *page) {
    // 当前页满了，创建新页
    AutoreleasePoolPage *next = new AutoreleasePoolPage(page);
    page->child = next;
    return next->add(obj);
}

7. 特殊情况处理

7.1 嵌套池

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@autoreleasepool {           // 外层池
    NSString *str1 = @"1";
    @autoreleasepool {       // 内层池
        NSString *str2 = @"2";
    }                        // str2 被释放
}                           // str1 被释放

7.2 异常处理

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void unwinding_cleanup() {
    // 异常展开时确保 AutoreleasePool 正确清理
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    if (page) {
        pop(page->begin());
    }
}

8. 性能优化

8.1 快速路径

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static inline id autorelease(id obj) {
    ASSERT(obj);
    id *dest __unused = autoreleaseFast(obj);
    return obj;
}

8.2 空间优化

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// 使用一页虚拟内存（4KB）作为存储单元
#define PAGE_MAX_SIZE 4096

9. 最佳实践

9.1 手动管理

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// 处理大量临时对象
for (int i = 0; i < largeNumber; i++) {
    @autoreleasepool {
        // 创建临时对象的代码
    }
}

9.2 子线程处理

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dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    @autoreleasepool {
        // 子线程代码
    }
});

10. 注意事项

内存峰值：

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// 不好的做法
for (int i = 0; i < largeNumber; i++) {
    // 创建autorelease对象
}  // 在循环结束才释放

// 好的做法
for (int i = 0; i < largeNumber; i++) {
    @autoreleasepool {
        // 创建autorelease对象
    }  // 每次迭代都释放
}

线程安全：

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// 每个线程维护自己的autoreleasepool栈
+ (void)threadEntryPoint {
    @autoreleasepool {
        // 线程代码
    }
}

RunLoop关系：

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// RunLoop每次迭代都会创建和释放autoreleasepool
void runLoopMain() {
    while (running) {
        @autoreleasepool {
            // 一次RunLoop迭代
            runLoopIteration();
        }
    }
}

这里涵盖了AutoreleasePool 的主要实现细节和使用注意事项。理解这些内容对于正确使用AutoreleasePool和优化内存管理非常重要。

总结说明：

每个AutoreleasePoolPage 存储了一个静态变量key和成员变量thread
多线程共用一个 key 用于从 TLS 中获取当前线程的的 page 实例对象
在 TLS 内部获取当前的线程，使用 key 从当前线程的一个哈希表中取出对应的 page
一个线程可能有多个 page，TLS 存储双向链表中当前线程对应的最后一个page和key之间的映射
成员变量 thread 用于判断遍历过程中的 page节点是否是当前线程的page，如果不是则跳过，向前跳一个节点（page）