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初探swift语言的学习笔记六(ARC-自动引用计数,内存管理)

Swift使用自动引用计数(ARC)来管理应用程序的内存使用。这表示内存管理已经是Swift的一部分,在大多数情况下,你并不需要考虑内存的管理。当实例并不再被需要时,ARC会自动释放这些实例所使用的内存。

另外需要注意的:

引用计数仅仅作用于类实例上。结构和枚举是值类型,而非引用类型,所以不能被引用存储和传递。


swift的ARC工作过程

每当创建一个类的实例,ARC分配一个内存块来存储这个实例的信息,包含了类型信息实例的属性值信息

另外当实例不再被使用时,ARC会释放实例所占用的内存,这些内存可以再次被使用。
但是,如果ARC释放了正在被使用的实例,就不能再访问实例属性,或者调用实例的方法了。直接访问这个实例可能造成应用程序的崩溃。就像空实例或游离实例一样。
为了保证需要实例时实例是存在的,ARC对每个类实例,都追踪有多少属性、常量、变量指向这些实例。当有活动引用指向它时,ARC是不会释放这个实例的。
为实现这点,当你将类实例赋值属性常量变量时,指向实例的一个强引用(strong reference)将会被构造出来。被称为强引用是因为它稳定地持有这个实例,当这个强引用存在时,实例就不能够被自动释放,因此可以安全地使用。

例子:

class Teacher
{
    var tName : String

    init(name:String)
    {
        tName = name
        println("老师 \(tName) 实例初始化完成.")
    }
    
    func getName() -> String
    {
        return tName
    }
    
    func classing()
    {
        println("老师 \(tName) 正在给学生讲课.")
    }
    
    deinit
    {
        println("老师 \(tName) 实例析构完成.")
    }
}
测试ARC:

func testArc()
{
    var teacher:Teacher? = Teacher(name:"张三")  //实例化一个Teacher对象将指向一个变量,此时产生了一个强引用(就好像OC中的引用计数+1)
    var refteacher:Teacher? = teacher            //再次产生强引用即(引用计数再+1)
    var refteacher2:Teacher? = teacher		 //再次产生强引用即(引用计数再+1)

    
    refteacher = nil            //第一个引用对象为nil并没有使实例释放,(引用计数-1)
    teacher?.classing()         //正常
    teacher = nil               //第二个引用对象为nil并没有使实例释放,(引用计数-1)
    refteacher2!.classing()     //正常
    refteacher2 = nil           //第三个引用对象为nil此时已没有作何引用了,因此ARC回收,实例释放.(引用计数-1)最后引用计数为0,则自动调用析构
    refteacher2?.classing()     //不再有输出
}

输出结果:

老师 张三 实例初始化完成.
老师 张三 正在给学生讲课.
老师 张三 正在给学生讲课.
老师 张三 实例析构完成.


从上面的例子来看,确实swift给我们自动管理了内存,很多时侯开发者都不需要考虑太多的内存管理。但真的是这样吗?真的安全吗?作为开发者要如何用好ARC?

尽管ARC减少了很多内存管理工作,但ARC并不是绝对安全的。下面来看一下循环强引用导至的内存泄漏

例子:

class Teacher
{
    var tName : String
    var student : Student?       //添加学生对象,初始时为nil
    
    init(name:String)
    {
        tName = name
        println("老师 \(tName) 实例初始化完成.")
    }
    
    func getName() -> String
    {
        return tName
    }
    
    func classing()
    {
        println("老师 \(tName) 正在给学生 \(student?.getName()) 讲课.")
    }
    
    deinit
    {
        println("老师 \(tName) 实例析构完成.")
    }
}

class Student
{
    var tName : String
    var teacher : Teacher?       //添加老师对象,初始时为nil
    
    init(name:String)
    {
        tName = name
        println("学生 \(tName) 实例初始化完成.")
    }
    
    func getName() -> String
    {
        return tName
    }
    
    func listening()
    {
        println("学生 \(tName) 正在听 \(teacher?.getName()) 老师讲的课")
    }
    
    deinit
    {
        println("学生 \(tName) 实例析构化完成.")
    }
}

测试泄漏:

func testMemoryLeak()
{
    var teacher :Teacher?
    var student :Student?
    
    teacher = Teacher(name:"陈峰")   //(引用计数为1)
    student = Student(name:"徐鸽")   //(引用计数为1)
    
    teacher!.student = student  //赋值后将产生"学生"对象的强引用 (引用计数+1)
    student!.teacher = teacher  //赋值后将产生"老师"对象的强引用 (引用计数+1)
    
    teacher!.classing()         //因为我清楚地知道teacher对象不可能为空,所以我用!解包
    student!.listening()
    
    //下面的代码,写与不写都不能使对象释放
    teacher = nil           //引用计数-1 但还不能=0,所以不会析构
    student = nil	    //引用计数-1 但还不能=0,所以也不会析构
    
    println("释放后输出")
    
    teacher?.classing()		//因为我不能确定teacher对象是否为空,所以必须用?来访问。
    student?.listening()
    
}

输出结果:

老师 陈峰 实例初始化完成.
学生 徐鸽 实例初始化完成.
老师 陈峰 正在给学生 徐鸽 讲课.
学生 徐鸽 正在听 陈峰 老师讲的课
释放后输出

自始至终都没有调用deinit。因此就会泄漏,此时已经不能采取任何措拖来释放这两个对象了,只有等APP的生命周期结束

实例之间的相互引用,在日常开发中是很常见的一种,哪么如何避免这种循环强引用导致的内存泄漏呢?

可以通过在类之间定义为弱引用(weak)或无宿主引用的(unowned)变量可以解决强引用循环这个问题

弱引用方式:

弱引用并不保持对所指对象的强烈持有,因此并不阻止ARC对引用实例的回收。这个特性保证了引用不成为强引用循环的一部分。指明引用为弱引用是在生命属性或变量时在其前面加上关键字weak。

注意
弱引用必须声明为变量,指明它们的值在运行期可以改变。弱引用不能被声明为常量
因为弱引用可以不含有值,所以必须声明弱引用为可选类型。因为可选类型使得Swift中的不含有值成为可能。

 因此只需要将上述的例子任意一个实例变量前加上weak关键词即可,如:

    weak var student : Student?
或
    weak var teacher : Teacher?

下面来测试一下weak var student : Student?设为弱引用后,测试释放的时间点(情况一)

    var teacher :Teacher?
    var student :Student?
    
    teacher = Teacher(name:"陈峰")
    student = Student(name:"徐鸽")
    
    teacher!.student = student  //赋值后将产生"学生"对象的强引用
    student!.teacher = teacher  //赋值后将产生"老师"对象的强引用
    
    teacher!.classing()
    student!.listening()
    
    teacher = nil               //此时将没有马上调用析构,要等student释放后才会释放
    //student = nil
    
    println("释放后输出")
    
    teacher?.classing()		//前面已设为nil,所以没有输出
    student?.listening()        

经测试输出:

老师 陈峰 实例初始化完成.			//执行teacher = Teacher(name:"陈峰")
学生 徐鸽 实例初始化完成.			//执行student = Student(name:"徐鸽")
老师 陈峰 正在给学生 徐鸽 讲课.      //执行teacher!.classing()
学生 徐鸽 正在听 陈峰 老师讲的课		//执行student!.listening()
释放后输出                       //执行println("释放后输出")
学生 徐鸽 正在听 陈峰 老师讲的课		//执行student?.listening()
学生 徐鸽 实例析构化完成.			//学生对象先释放
老师 陈峰 实例析构完成.             //此时由于学生对象释放了,此时没有了引用,也可以进行析构了


如果  weak var teacher : Teacher?

再来进行测试:(情况二)

    var teacher :Teacher?
    var student :Student?
    
    teacher = Teacher(name:"陈峰")
    student = Student(name:"徐鸽")
    
    teacher!.student = student  //赋值后将产生"学生"对象的强引用
    student!.teacher = teacher  //赋值后将产生"老师"对象的强引用
    
    teacher!.classing()
    student!.listening()
    
    teacher = nil               //此时将没有马上调用析构,要等student释放后才会释放
    //student = nil
    
    println("释放后输出")
    
    teacher?.classing()
    student?.listening()        //此时并不因为
输出结果:

老师 陈峰 实例初始化完成.
学生 徐鸽 实例初始化完成.
老师 陈峰 正在给学生 徐鸽 讲课.
学生 徐鸽 正在听 陈峰 老师讲的课
老师 陈峰 实例析构完成.
释放后输出
学生 徐鸽 正在听 nil 老师讲的课
学生 徐鸽 实例析构化完成.

经测试得出结论:

当A类中包函有B类的弱引用的实例,同时,B类中存在A的强引用实例时,如果A释放,也不会影响B的析放,但A的内存回收要等B的实例释放后才可以回收。(情况一的结果)

当A类中包函有B类的强引用的实例时,如果A释放,则不会影响B的析放。(情况二的结果)

无宿主引用方式:

和弱引用一样,无宿主引用也并不持有实例的强引用。但和弱引用不同的是,无宿主引用通常都有一个值。因此,无宿主引用并不定义成可选类型。指明为无宿主引用是在属性变量声明的时候在之前加上关键字unowned
因为无宿主引用为非可选类型,所以每当使用无宿主引用时不必使用?。无宿主引用通常可以直接访问。但是当无宿主引用所指实例被释放时,ARC并不能将引用值设置为nil,因为非可选类型不能设置为nil。
注意
在无宿主引用指向实例被释放后,如果你想访问这个无宿主引用,将会触发一个运行期错误(仅当能够确认一个引用一直指向一个实例时才使用无宿主引用)。在Swift中这种情况也会造成应用程序的崩溃,会有一些不可预知的行为发生。因此使用时需要特别小心。


将前面例子改为无宿主引用:

class Teacher
{
    var tName : String
    var student : Student?              //学生对象的强引用,实例可以为nil
    
    init(name:String)
    {
        tName = name
        println("老师 \(tName) 实例初始化完成.")
    }
    
    func getName() -> String
    {
        return tName
    }
    
    func classing()
    {
        println("老师 \(tName) 正在给学生 \(student?.getName()) 讲课.")
    }
    
    deinit
    {
        println("老师 \(tName) 实例析构完成.")
    }
}

class Student
{
    var tName : String
    unowned var teacher : Teacher           //无宿主引用,不可以设置为nil
    
    init(name:String,tcher :Teacher)
    {
        tName = name
        teacher = tcher    //因为无宿主引用不能设为可选型,所在必须要初始化
        println("学生 \(tName) 实例初始化完成.")
    }
    
    func getName() -> String
    {
        return tName
    }
    
    func listening()
    {
        println("学生 \(tName) 正在听 \(teacher.getName()) 老师讲的课")
    }
    
    deinit
    {
        println("学生 \(tName) 实例析构化完成.")
    }
}

测试无宿主引用:

func testNotOwner()
{
    var teacher :Teacher?               //声明可选型变量
    
    teacher  = Teacher(name:"陈峰")
    
    var student = Student(name: "徐鸽",tcher: teacher!)
    
    //进行相互引用
    teacher!.student = student
    student.teacher = teacher!
    
    teacher!.classing()
    student.listening()
    
    teacher = nil
    println("老师对象释放后")
    
    teacher?.classing()
    student.listening() //error 因为在前面的teacher设为nil时,隐式的将student对象给释放了,因此这里再访问就会crash
}

输出结果:

老师 陈峰 实例初始化完成.
学生 徐鸽 实例初始化完成.
老师 陈峰 正在给学生 徐鸽 讲课.
学生 徐鸽 正在听 陈峰 老师讲的课
老师 陈峰 实例析构完成.
老师对象释放后
Program ended with exit code: 9(lldb)  //会crash,thead1:Exc_BREAKPOINT(code=EXC_i386_BPT,subcode=0x0)
所以使用无宿主引用时,就需要特别小心,小心别人释放时,顺带释放了强引用对象,所以要想别人释放时不影响到原实例,可以使用弱引用这样就算nil,也不会影响。

上面介绍了,当某个类中的实例对象如果在整个生命周期中,有某个时间可能会被设为nil的实例,使用弱引用,如果整个生命周期中某一实例,一旦构造,过程中不可能再设为nil的实例变量,通常使用无宿主引用。但时有些时侯,在两个类中的相互引用属性都一直有值,并且都不可以被设置为nil。这种情况下,通常设置一个类的实例为无宿主属性,而另一个类中的实例变量设为的隐式装箱可选属性(即!号属性)

如下面的例子,每位父亲都有孩子(没孩子能叫父亲么?),每个孩子都有一个亲生父亲

class Father
{
    let children : Children!                    //声明为隐式可选类型
    let fathername : String
    init(name:String,childName:String)
    {
        self.fathername = name
        self.children = Children(name: childName,fat:self) //初始化时产生相互引用
    }
    
    deinit
    {
        println("father deinited.")
    }
}

class Children
{
    unowned let father : Father                 //声明为无宿主类型
    let name : String
    init(name:String ,fat : Father)
    {
        self.name = name
        self.father = fat
    }
    
    deinit
    {
        println("children deinited.")
    }
}

测试代码:

    var fa = Father(name: "王五",childName: "王八")
    println("\(fa.fathername) 有个小孩叫 \(fa.children.name)")

输出结果:

王五 有个小孩叫 王八
father deinited.
children deinited.
同样可以看到,尽管是循环引用,但还是能正常回收。

另外,还有一种情况,当自身的闭包对自身(self) 的强引用,也会导致内存泄漏。

例子:

class CpuFactory
{
    let cpuName : String
    let cpuRate : Double
    init(cpuName:String,rate:Double)
    {
        self.cpuName = cpuName
        self.cpuRate = rate
    }
    
    //声明一个闭包
    @lazy var someClosure: (Int, String) -> String = {
        //下面这句不可以注释编译器会报Tuple types ‘(Int,String)‘and‘()‘hava a different number of elements (2 vs. 0)
        [unowned self] (index: Int, stringToProcess: String) -> String in
        // closure body goes here
        
        return "A \(self.cpuName)"  //闭包中引用self
    }
    
    //声明一个闭包,同样闭包中引用self
    @lazy var machining: () -> String = {
        [unowned self] in      //这句可以注释(按照书上说,使用这句可以解释闭包的强引用,但个人实践,不管加不加这句,都不会释放,即这样写有内存泄漏)
        // closure body goes here
        
        if self.cpuRate > 10
        {
            return "\(self.cpuName) i7 2.5G"
        }
        else
        {
            return "\(self.cpuName) i3 2.0G"
        }
    }
    
    //声明一个闭包,但闭包中将自身作为参数传进去(可以避去内存泄漏)
    @lazy var machining2 : (CpuFactory) -> String = {

        [unowned self] (cpu:CpuFactory) -> String in
        
        if cpu.cpuRate > 10
        {
            return "\(cpu.cpuName) i7 2.5G"
        }
        else
        {
            return "\(cpu.cpuName) i3 2.0G"
        }
    }
    
    deinit
    {
        println("Cpu Factroy is deinited.")
    }
}

在这个例子中有三个闭包,分别是带参,和不带参,对于带参的 不能省略[unowned self] (paramers) in操作。否则会编译不过,另外,书中没有提到的,只有声明为@lazy的闭包中才可以使用[unowned self] 否则在普通闭包中使用也会报错。还有一点书中讲到当自身闭包中使用self.时会产生强引用,导至内存泄漏,因此加上[unowned self ] in 这句可以破坏这种强引用,从而使内存得到释放,但经本人亲自验证,就算加上了也没有释放。

测试:

func testClosure()
{
    var cpu : CpuFactory? = CpuFactory(cpuName: "Core",rate: 5)
//    println(cpu!.machining())
    println(cpu!.machining2(cpu!))
//    println(cpu!.someClosure(3,"hello"))
    
    cpu = nil
}
分别单独验证各句输出结果:

func testClosure()
{
    var cpu : CpuFactory? = CpuFactory(cpuName: "Core",rate: 5)
    println(cpu!.machining())
    cpu = nil
}
输出:

Core i3 2.0G
显然cpu = nil也不会释放内存。

再来看第二个。

func testClosure()
{
    var cpu : CpuFactory? = CpuFactory(cpuName: "Core",rate: 5)
    println(cpu!.machining2(cpu!))
    cpu = nil
}
输出
Core i3 2.0G
Cpu Factroy is deinited.
可见使用自身作为参数传参时,可以释放内存。
同样再测试第三种:

func testClosure()
{
    var cpu : CpuFactory? = CpuFactory(cpuName: "Core",rate: 5)
    println(cpu!.someClosure(3,"hello"))
    cpu = nil
}
输出
A Core
其实第三和第一种是一样的,都是引用了self.但第一种可以把[unowned self ]in  句注释和不注释的情况下进行测试,可以发现结果是一样的,并没有释放内存。


实在令人有点费解。。。。。。