OS的运行时是由一个一个runloop组成的，每个runloop都会执行下图的一些步骤：

可以看到，每个runloop中都创建一个Autorelease Pool，并在runloop的末尾进行释放，所以，一般情况下，每个接受autorelease消息的对象，都会在下个runloop开始前被释放。也就是说，在一段同步的代码中执行过程中，生成的对象接受autorelease消息后，一般是不会在代码段执行完成前释放的。
当然也有让autorelease提前生效的办法：自己创建Pool并进行释放
NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
NSArray * array = [[[NSArray alloc] init] autorelease];
[pool drain];
上面的array就会在[pool drain]执行时被释放。
所以对于你遇到的问题，可以在for循环外嵌套一个Autorelease Pool进行管理，例如
NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    // ... 
}
[pool drain];
但由于你提到了生成的每个实例可能会比较大。只在循环外嵌套，可能导致在pool释放前，内存里已经有10000个实例存在，造成瞬间占用内存过大的情况。
因此，如果你的每个实例仅需要在单次循环过程中用到，那么可以考虑可以在循环内创建pool并释放
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
    // ...
    [pool drain];
}

执行autorelease方法的对象什么时候被释放。