有关weak、self、循环引用的一些问题

0. 什么是循环引用,后果是什么

循环引用可以简单理解为A引用了B,而B又引用了A,双方都同时保持对方的一个引用,导致任何时候引用计数都不为0,始终无法释放。若当前对象是一个ViewController,则在dismiss或者pop之后其dealloc无法被调用,在频繁的push或者present之后内存暴增,就会Crash。

关于ARC的介绍

1. 在使用block时,为了避免产生循环引用,通常会使用weakSelfstrongSelf,例如如下代码,那么什么时候在 block里面用self,什么时候不需要使用weakSelf

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__weak typeof(self) weakSelf = self;
[self doSomeBlockJob:^{
__strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
if (strongSelf) {
...
}
}];

block 本身不被 self 持有,而被别的对象持有,同时不产生循环引用的时候,就不需要使用 weakSelf 了。最常见的代码就是 UIView 的动画代码,我们在使用 UIViewanimateWithDuration:animations 方法做动画的时候,并不需要使用 weakSelf,因为引用持有关系是:

  • UIView 的某个负责动画的对象持有了 block
  • block 持有了 self

因为 self 并不持有 block,所以就没有循环引用产生,因为就不需要使用 weakSelf 了。

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[UIView animateWithDuration:0.2 animations:^{
self.alpha = 1;
}];

当动画结束时,UIView 会结束持有这个 block,如果没有别的对象持有 block 的话,block 对象就会释放掉,从而 block 会释放掉对于 self 的持有。整个内存引用关系被解除。

2. block 里面还需要写一个 strongSelf 的原因,如果不写会发生什么

外部的weakSelf是为了打破环,从而使得没有循环引用,而内部的strongSelf仅仅是个局部变量,存在栈中,会在block执行结束后回收,不会再造成循环引用。

block 中先写一个 strongSelf,其实是为了避免在 block 的执行过程中,突然出现 self 被释放的尴尬情况。通常情况下,如果不这么做的话,还是很容易出现一些奇怪的逻辑,甚至闪退。

AFNetworkingAFNetworkReachabilityManager.m 的一段代码举例:

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__weak __typeof(self)weakSelf = self;
AFNetworkReachabilityStatusBlock callback = ^(AFNetworkReachabilityStatus status) {
__strong __typeof(weakSelf)strongSelf = weakSelf;

strongSelf.networkReachabilityStatus = status;
if (strongSelf.networkReachabilityStatusBlock) {
strongSelf.networkReachabilityStatusBlock(status);
}
};

如果没有 strongSelf 的那行代码,那么后面的每一行代码执行时,self 都可能被释放掉了,这样很可能造成逻辑异常。

特别是当我们正在执行 strongSelf.networkReachabilityStatusBlock(status);这个 block 闭包时,如果这个 block 执行到一半时 self 释放,那么多半情况下会 Crash。

3. 有没有这样一个需求场景,block 会产生循环引用,但是业务又需要你不能使用 weakSelf? 如果有,请举一个例子并且解释这种情况下如何解决循环引用问题。

需要不使用 weakSelf 的场景是:你需要构造一个循环引用,以便保证引用双方都存在。比如你有一个后台的任务,希望任务执行完后,通知另外一个实例。在 YTKNetwork 网络库的源码中,就有这样的场景。

YTKNetwork 库中,我们的每一个网络请求 API 会持有回调的 block,回调的 block 会持有 self,而如果 self 也持有网络请求 API 的话,我们就构造了一个循环引用。虽然我们构造出了循环引用,但是因为在网络请求结束时,网络请求 API 会主动释放对 block 的持有,因此,整个循环链条被解开,循环引用就被打破了,所以不会有内存泄漏问题。代码其实很简单,如下所示:

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//  YTKBaseRequest.m
- (void)clearCompletionBlock {
// nil out to break the retain cycle.
self.successCompletionBlock = nil;
self.failureCompletionBlock = nil;
}

总结来说,解决循环引用问题主要有两个办法:

第一个办法是「事前避免」,我们在会产生循环引用的地方使用 weak 弱引用,以避免产生循环引用。

第二个办法是「事后补救」,我们明确知道会存在循环引用,但是我们在合理的位置主动断开环中的一个引用,使得对象得以回收。

4. weak 变量在引用计数为0时,会被自动设置成 nil 的这个特性的实现原理

简单来说,系统对于每一个有弱引用的对象,都维护一个表来记录它所有的弱引用的指针地址。这样,当一个对象的引用计数为 0 时,系统就通过这张表,找到所有的弱引用指针,继而把它们都置成 nil。 所以使用weak会有额外的开销

在 Friday QA 上,有一期专门介绍 weak 的实现原理。

《Objective-C高级编程》一书中也介绍了相关的内容。

系统有一个全局的 CFMutableDictionary 实例,来保存每个对象的 weak 指针列表,因为每个对象可能有多个 weak 指针,所以这个实例的值是 CFMutableSet 类型。

剩下我们要做的,就是在引用计数变成 0 的时候,去这个全局的字典里面,找到所有的 weak 指针,将其值设置成 nil。如何做到这一点呢?Friday QA 上介绍了一种类似 KVO 实现的方式。当对象存在 weak 指针时,我们可以将这个实例指向一个新创建的子类,然后修改这个子类的 release 方法,在 release 方法中,去从全局的 CFMutableDictionary 字典中找到所有的 weak 对象,并且设置成 nil。我摘抄了 Friday QA 上的实现的核心代码,如下:

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Class subclass = objc_allocateClassPair(class, newNameC, 0);
Method release = class_getInstanceMethod(class, @selector(release));
Method dealloc = class_getInstanceMethod(class, @selector(dealloc));
class_addMethod(subclass, @selector(release), (IMP)CustomSubclassRelease, method_getTypeEncoding(release));
class_addMethod(subclass, @selector(dealloc), (IMP)CustomSubclassDealloc, method_getTypeEncoding(dealloc));
objc_registerClassPair(subclass);

当然,这并不代表苹果官方是这么实现的,因为苹果的这部分代码并没有开源。《Objective-C高级编程》一书中介绍了 GNUStep 项目中的开源代码,思想也是类似的。所以我认为虽然实现细节会有差异,但是大致的实现思路应该差别不大。

5. 如果有一些 UI 控件我们要用代码的方式来创建,那么它应该用 weak 还是 strong

我们知道,从 Storyboard 往编译器拖出来的 UI 控件的属性是 weak 的,如下所示

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@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *myButton;

那么如果有一些 UI 控件我们要用代码的方式来创建,那么它应该用 weak 还是 strong?

从上面弱引用自动置nil的原理可以看出,弱引用的使用是有额外的开销的。虽然这个开销很小,但是如果一个地方我们肯定它不需要弱引用的特性,就不应该盲目使用弱引用。举个例子,有人喜欢在手写界面的时候,将所有界面元素都设置成 weak 的,这某种程度上与 Xcode 通过 Storyboard 拖拽生成的新变量是一致的。

UI 控件用默认用 weak,根源还是苹果希望只有这些 UI 控件的父 View 来强引用它们,而 ViewController 只需要强引用 ViewController.view 成员,则可以间接持有所有的 UI 控件。这样有一个好处是:在以前,当系统收到 Memory Warning 时,会触发 ViewControllerviewDidUnload 方法,这样的弱引用方式,可以让整个 view 整体都得到释放,也更方便重建时整体重新构造。

但是首先 viewDidUnload 方法在 iOS 6 开始就被废弃掉了,苹果用了更简单有效地方式来解决内存警告时的视图资源释放,具体如何做的呢?嗯,这个可以当作某一期的面试题展开介绍。总之就是,除非你特殊地操作 view 成员,ViewController.view 的生命期和 ViewController 是一样的了。

所以在这种情况下,其实 UI 控件是不是 weak 其实关系并不大。当 UI 控件是 weak 时,它的引用计数是 1,持有它的是它的 superview,当 UI 控件是 strong 时,它的引用计数是 2,持有它的有两个地方,一个是它的 superview,另一个是这个 strong 的指针。UI 控件并不会持有别的对象,所以,不管是手写代码还是 StoryboardUI 控件是 strong 都不会有循环引用的。

那么回到我们的最初的问题,自己写的 view 成员,应该用 weak 还是 strong?我个人觉得应该用 strong,因为用 weak 并没有什么特别的优势,而且由上面 weak的实现来看,weak 变量会有额外的系统维护开销的,如果你没有使用它的特别的理由,那么用 strong 的话应该更好。

另外如果要做懒加载,那么你也只能选择用 strong

当然,如果你非要用 weak,其实也没什么问题,只需要注意在赋值前,先把这个对象用 addSubView 加到父 view 上,否则可能刚刚创建完,它就被释放了。

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