本文首發于公衆号【程序員華仔】

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本文主要講解 自動引用計數和循環引用 這兩個大問題。

對于自動引用計數，沒有什麼争議。

而對于循環引用，這裡主要是講Object-C語言下的循環引用， 因為據我了解，Swift語言下也有循環引用。這兩者根本原因是一緻的，但解決方法有很大的差異。 所以這裡特别說明是Object-C語言下的循環引用。對于Swift下的循環引用，以後再講解。

自動引用計數

概念

說自動引用計數之前，先說下引用計數，引用計數是蘋果公司設計出來，用來跟蹤和管理App的内存情況的一套機制。它的運行機制大概是，當創建一個類對象，引用計數就為1，retain一次，計數 1，release一次，計數-1， 當計數減為0，系統就釋放該對象，内存也回收，實現了對App的内存管理。

引用計數又分為：手動引用計數(Manual Reference Count)和自動引用計數(Auto Reference Count)，前者簡稱MRC，後者為ARC。

MRC在iOS開發前期使用。主要由開發人員來管理引用計數。即要用的時候，retain一次，要釋放的時候release一次。直到引用計數為零，系統才會釋放對象，回收内存。

ARC是後來才推出的内存管理機制，它簡化了流程。引用計數不需要開發人員來管理和維護了，全由系統幫助完成。 簡單的來說，ARC無須開發人員考慮内存的管理情況，它會在類對象被引用的時候，引用計數 1；在release的時候，引用計數-1；在類對象不再使用的時候，自動釋放其占用的内存。讓開發人員從複雜的内存管理中解脫出來，大大地提高了開發人員的效率。

顯然地，ARC更好用。那這麼好用的ARC，我們再深入講下它的工作機制。

自動引用計數的工作機制

正如前面所說一樣，每當創建一個新的類對象時，ARC就會分配一塊内存來儲存該對象的信息。内存中會包含對象的類型信息，同時引用計數器會 1 。

當其他對象引用這個類對象時，計數再 1，若一直引用，那引用計數就一直累加。

當引用的類對象設置為nil，内部實現就是調用release一次，引用計數就會-1。多個類對象設置為nil， 就會減少多個計數值。

當對象不再使用了，ARC 就會釋放對象所占用的内存，并讓釋放的内存能挪作他用。這确保了不再被使用的對象，不會一直占用内存空間。當然它的判斷條件就是引用計數是否為零。為零就釋放内存。

當 ARC 釋放了類對象，類對象所對應的方法和屬性将不能再被調用。否則App就會崩潰。

自動引用計數内部實現機制

在引用計數的底層實現中，是通過維護一個引用計數表來跟蹤和計算每一個對象的引用情況。其中表裡的key為内存塊地址的散列值，value為該對象的引用計數。

每引用一次，value的值就 1， 同樣的release一次，value值就-1，隻有value值為0，才會銷毀該對象并從引用計數表移除該key和value。

上述的對象引用過程，其實就是對對象的強引用。之所以稱之為“強”引用，是因為它會将對象牢牢地保持住，隻要強引用還在，對象是不允許被銷毀的。

在實際開發過程中，聲明一個類對象，默認就是強引用。

Person *person1;

該聲明等價于

__strong Person *person1;

自動引用計數的實踐

下面的例子展示ARC的工作機制。

1.創建一個Person類，定義name屬性。在init和dealloc函數上分别打印init和dealloc的日志。

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Person : NSObject {

}

@property(nonatomic,retain) NSString *name;

@end

@implementation Person

- (id)init {

self = [super init];

NSLog(@"Person is being init");

return self;

}

- (void)dealloc {

NSLog(@"Person is being dealloc");

}

@end

2.然後在ViewdidLoad函數中定義 三個對象

Person *person1;

Person *person2;

Person *person3;

由于三個對象沒有賦值，所以為空的。

這三個對象是強引用關系，因為它們等價于

__strong Person *person1；

__strong Person *person2；

__strong Person *person3；

3.接着創建Person對象并賦值給person1。

person1 = [[Person alloc] init];

通過這一段代碼創建了一個Person對象，并把對象賦值給person1。也就是說person1強引用了Person對象。

在引用計數表中，就實現了 1操作。

4.接着在把person1賦值給person2，person3。實現person2，person3的強引用。

person2 = person1;

person3 = person1;

注：在實際開發中不會這麼分解寫代碼。這裡隻是方便解說。正常的寫法是2，3，4一起完成，如下代碼所示：

Person *person1 = [[Person alloc] init];

Person *person2 = person1;

Person *person3 = person1;

5.對person1和person2對象進行釋放操作。

person1 = nil;

person2 = nil;

通過這兩行代碼操作，Person對象内存釋放嗎？ 顯然沒有。因為person3還持有該引用。

6.最後，person3設置為nil， 引用計數為0，ARC 才會銷毀Person對象，回收内存。

以上就是自動引用計數的使用過程。

類對象間的循環引用

在上面的例子中，ARC 會跟蹤新創建的Person對象的引用計數，并且會在 Person對象不再被需要時銷毀它。

然而，我們可能會寫出一個類對象的引用計數永遠不能為0 的代碼。即如果兩個對象互相持有對方，每個對象都讓對方一直存在，這種情況就是所謂的循環引用。

下面以具體類來說明下。

1.新建兩個類，Person和Car

Class Car;

@interface Person : NSObject {

}

@property(nonatomic,retain) NSString *name;

@property(nonatomic,retain) Car *car;

@end

Class Person;

@interface Car : NSObject {

}

@property(nonatomic,retain) NSString *color;

@property(nonatomic,retain) Person *person;

@end

上述Person類中有兩個屬性，name表示“Person”對應的姓名，car表示“Person”對應的一輛車。假設這“Person”對象隻有姓名和車。

同樣地，Car對象下，color和person屬性，對應的就是車的款式（以顔色代替）和車主。

2.創建類對應的實例并給屬性賦值。

Person * john = [[Person alloc] init];

Car * johnCar = [[Car alloc] init];

john.name = “John”;

john.car = johnCar;

johnCar.color = “red”;

johnCar.person = john;

以上代碼，在兩個對象被創建和賦值後，就表現了強引用的關系。對象john現在有一個指向Car對象的強引用（johnCar），而變對象johnCar 有一個指向 Person 對象的強引用（car）。如下圖。

同樣地，這種強引用關系就包含了循環引用。即john對象持有了johnCar，johnCar也持有了john。 如下圖。

當我們要釋放john 和johnCar時，引用計數并不會降為 0，對象也不會被 ARC 銷毀，這樣就導緻了内存洩露。

john = nil；

johnCar = nil;

未釋放對象。

解決類對象的循環引用

針對上面的問題，在OC中，主要使用弱引用來解決循環引用問題。

弱引用

弱引用不會對其引用的對象進行強引用，因而不會阻止 ARC 銷毀被引用的對象。

這個特性阻止了引用變為循環引用。我們隻要在聲明屬性或者變量時，在前面加上 weak 關鍵字，就表明這是一個弱引用。

在底層的實現上，系統維護着一個弱引用表，每一次聲明弱應用變量或屬性都會在這張表中登記， 當對弱引用變量賦值時，就在這張表中建立起弱引用與對象之間的關系。有多少次賦值，就會建立多少次弱引用關系。

由于弱引用不會持有所引用的對象，即使引用存在，對象也有可能被銷毀。因此，ARC 會在引用的對象被銷毀後自動将其弱引用賦值為 nil，這個操作是為了對象的安全。

這樣，對于上述的john和johnCar的循環引用問題，我們隻要一方使用弱引用，就可以解除循環引用的問題。如下圖所示：

在person釋放的時候，可以不用等待Car的持有關系，因為它是弱引用。這種方式就解決了循環引用的問題，避免了内存洩露。

最後說明下：

關于循環引用有：1.類對象的循環引用；2.委托的循環引用；3.block的循環引用三個場景。

這次主要介紹類對象的循環引用和解決方法。

對于委托的循環引用，根本原因和類對象一樣的（相互持有），解決方法就是在聲明處使用weak關鍵字就可以了。

對于block的循環引用，内容比較多，見我的另一文章【探究Block底層原理（三）】