iOS - Block產生Memory Leaks循環引用導致的內存泄漏以及解決方案

 

 

在ARC（自動引用技術）前，Objective-c都是手動來分配釋放 釋放 計數內存，其過程非常復雜。

ARC技術推出后，貌似世界和平了很多，但是其實ARC並不等同於Java或者C#中的垃圾回收，ARC計數只是在XCode在編譯的時候自動幫我們加上了釋放 計數+1 計數-1.

內存泄露例子：

然而在一些特殊的情況下，內存泄露依然存在，而且防不慎防，這里講一下Objective-C中Block計數是如何產生內存泄露的，如下代碼

.h中

  typedef void (^CompletionBlock)(NSString *aStr);
  @interface B : NSObject
  @property (copy) CompletionBlock completionBlock;
  @property (copy) NSString *str;
  @end

 

.m中

  @implementation B
  -(id)init{
         self = [super init];
         if(self){
         self.str = @"init string value";
        }
   return self;
}

-(void)doAction
{
 __block B *b1 = self;
self.completionBlock = ^(NSString *aStr){
    b1.str = aStr;
};
self.completionBlock(@"new string value");
}

-(void)dealloc{
    NSLog(@"dealloc B");
}
@end

 

main函數中

B *b = [[B alloc]init];
[b doAction];
b = nil;//這句有和無其實無所謂

 

上面的程序看似沒有問題，但是實際上對象b永遠無法釋放，原因在於doAction函數，這個函數里面有一個block函數名為completionBlock ，也就是一個函數指針。這個函數指針在調用的時候有使用一個對象，也就是self對象。但是這個block隱形的做了一件事情——將self引用計數+1了，因此這個時候self對象（也就是main函數中的b對象）的引用計數是2，這個時候即使我執行了b=nil，也無法釋放，因為b=nil只是將計數減1了，而真正釋放的唯一條件是引用計數為0。這就是所謂的Block的循環引用。

如何解決：

所以在使用block技術的時候，需要格外小心。有幾個解決方法

approach 1: 讓block里面的self的引用計數不要+1，這個時候做法是將"  block B *b1 = self;"這一行改為，"  weak __block B *b1 = self;"，表示說“我block里面雖然會用到self，但是別擔心，我不會講引用計數+1的”

approach 2：在doAction函數內存的最后一行添加 self.completionBlock=nil； 因為block內部將self計數+1了，但是如果這個block自己先消亡，那么與之相關的一切都講消亡（當然對於引用計數大於1的對象，不會消亡，只會計數減1）。

附加：

PS：開發中，幾乎每個.m文件都會用到block技術，但是從未發現和在意這個內存泄露問題，這並不是XCode編譯時的優化，而是我們所用到的Block技術（例如AFNetwork GCD Animation）中的block都是匿名Block——即，用完自動釋放。 如果有一天不用匿名block就需要注意這個問題了。

例如下面的例子中，雖然使用了Block，但是沒有泄露，是因為這是一個匿名的Block（即匿名函數指針）

 dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(1 * NSEC_PER_SEC)),dispatch_get_main_queue(), ^{
       self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
});

 

2.關於block的擴展總結

Block簡介（copy一段）

Block作為C語言的擴展，並不是高新技術，和其他語言的閉包或lambda表達式是一回事。需要注意的是由於Objective-C在iOS中不支持GC機制，使用Block必須自己管理內存，而內存管理正是使用Block坑最多的地方，錯誤的內存管理 要么導致return cycle內存泄漏要么內存被提前釋放導致crash。 Block的使用很像函數指針，不過與函數最大的不同是：Block可以訪問函數以外、詞法作用域以內的外部變量的值。換句話說，Block不僅 實現函數的功能，還能攜帶函數的執行環境。

可以這樣理解，Block其實包含兩個部分內容

Block執行的代碼，這是在編譯的時候已經生成好的；
一個包含Block執行時需要的所有外部變量值的數據結構。 Block將使用到的、作用域附近到的變量的值建立一份快照拷貝到棧上。
Block與函數另一個不同是，Block類似ObjC的對象，可以使用自動釋放池管理內存（但Block並不完全等同於ObjC對象，后面將詳細說明）。

2.2Block基本語法

基本語法在本文就不贅述了，同學們自學。

2.3Block的類型與內存管理

根據Block在內存中的位置分為三種類型NSGlobalBlock，NSStackBlock, NSMallocBlock。

NSGlobalBlock：類似函數，位於text段；
NSStackBlock：位於棧內存，函數返回后Block將無效；
NSMallocBlock：位於堆內存。

 

1、NSGlobalBlock如下，我們可以通過是否引用外部變量識別，未引用外部變量即為NSGlobalBlock，可以當做函數使用。

 {
//create a NSGlobalBlock
float (^sum)(float, float) = ^(float a, float b){

    return a + b;
};

NSLog(@"block is %@", sum); //block is <__NSGlobalBlock__: 0x47d0>
}

 

2、NSStackBlock如下：

{
NSArray *testArr = @[@"1", @"2"];

void (^TestBlock)(void) = ^{

    NSLog(@"testArr :%@", testArr);
};

NSLog(@"block is %@", ^{

    NSLog(@"test Arr :%@", testArr);
});
//block is <__NSStackBlock__: 0xbfffdac0>
//打印可看出block是一個 NSStackBlock, 即在棧上, 當函數返回時block將無效

NSLog(@"block is %@", TestBlock);
//block is <__NSMallocBlock__: 0x75425a0>
//上面這句在非arc中打印是 NSStackBlock, 但是在arc中就是NSMallocBlock
//即在arc中默認會將block從棧復制到堆上，而在非arc中，則需要手動copy.
}

 

3、NSMallocBlock只需要對NSStackBlock進行copy操作就可以獲取，但是retain操作就不行,會在下面說明

  Block的copy、retain、release操作 （還是copy一段） 不同於NSObjec的copy、retain、release操作：

• Block_copy與copy等效，Block_release與release等效；
• 對Block不管是retain、copy、release都不會改變引用計數retainCount，retainCount始終是1；
• NSGlobalBlock：retain、copy、release操作都無效；
• NSStackBlock：retain、release操作無效，必須注意的是，NSStackBlock在函數返回后，Block內存將被回收。即使retain也沒用。容易犯的錯誤是[[mutableAarry addObject:stackBlock]，（補：在arc中不用擔心此問題，因為arc中會默認將實例化的block拷貝到堆上）在函數出棧后，從mutableAarry中取到的stackBlock已經被回收，變成了野指針。正確的做法是先將stackBlock copy到堆上，然后加入數組：[mutableAarry addObject:[[stackBlock copy] autorelease]]。支持copy，copy之后生成新的NSMallocBlock類型對象。
• NSMallocBlock支持retain、release，雖然retainCount始終是1，但內存管理器中仍然會增加、減少計數。copy之后不會生成新的對象，只是增加了一次引用，類似retain；
• 盡量不要對Block使用retain操作。

3.Block對外部變量的存取管理

基本數據類型

1、局部變量

局部自動變量，在Block中只讀。Block定義時copy變量的值，在Block中作為常量使用，所以即使變量的值在Block外改變，也不影響他在Block中的值。

{
int base = 100;
long (^sum)(int, int) = ^ long (int a, int b) {

    return base + a + b;
 };

base = 0;
printf("%ld\n",sum(1,2));
// 這里輸出是103，而不是3, 因為塊內base為拷貝的常量 100
}

 

2、STATIC修飾符的全局變量

因為全局變量或靜態變量在內存中的地址是固定的，Block在讀取該變量值的時候是直接從其所在內存讀出，獲取到的是最新值，而不是在定義時copy的常量.

{
static int base = 100;
long (^sum)(int, int) = ^ long (int a, int b) {
    base++;
    return base + a + b;
};

base = 0;
printf("%ld\n",sum(1,2));
// 這里輸出是4，而不是103, 因為base被設置為了0
printf("%d\n", base);
// 這里輸出1， 因為sum中將base++了
}

 

3、__BLOCK修飾的變量

Block變量，被__block修飾的變量稱作Block變量。 基本類型的Block變量等效於全局變量、或靜態變量。

注：BLOCK被另一個BLOCK使用時，另一個BLOCK被COPY到堆上時，被使用的BLOCK也會被COPY。但作為參數的BLOCK是不會發生COPY的

OBJC對象

block對於objc對象的內存管理較為復雜，這里要分static global local block變量分析、還要分非arc和arc分析

非ARC中的變量

先看一段代碼(非arc)

@interface MyClass : NSObject {
NSObject* _instanceObj;
}
@end

@implementation MyClass

 NSObject* __globalObj = nil;

- (id) init {
if (self = [super init]) {
    _instanceObj = [[NSObject alloc] init];
}
return self;
}

- (void) test {
static NSObject* __staticObj = nil;
__globalObj = [[NSObject alloc] init];
__staticObj = [[NSObject alloc] init];

NSObject* localObj = [[NSObject alloc] init];
__block NSObject* blockObj = [[NSObject alloc] init];

typedef void (^MyBlock)(void) ;
MyBlock aBlock = ^{
    NSLog(@"%@", __globalObj);
    NSLog(@"%@", __staticObj);
    NSLog(@"%@", _instanceObj);
    NSLog(@"%@", localObj);
    NSLog(@"%@", blockObj);
};
aBlock = [[aBlock copy] autorelease];
aBlock();

NSLog(@"%d", [__globalObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [__staticObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [_instanceObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [localObj retainCount]);
NSLog(@"%d", [blockObj retainCount]);
}
@end

 int main(int argc, char *argv[]) {
@autoreleasepool {
    MyClass* obj = [[[MyClass alloc] init] autorelease];
    [obj test];
    return 0;
 }
}

 

執行結果為1 1 1 2 1。

 

globalObj和staticObj在內存中的位置是確定的，所以Block copy時不會retain對象。

_instanceObj在Block copy時也沒有直接retain _instanceObj對象本身，但會retain self。所以在Block中可以直接讀寫_instanceObj變量。

localObj在Block copy時，系統自動retain對象，增加其引用計數。

blockObj在Block copy時也不會retain。

ARC中的變量測試

由於arc中沒有retain，retainCount的概念。只有強引用和弱引用的概念。當一個變量沒有__strong的指針指向它時，就會被系統釋放。因此我們可以通過下面的代碼來測試。

代碼片段1(globalObject全局變量)
NSString *__globalString = nil;

- (void)testGlobalObj
{
__globalString = @"1";
void (^TestBlock)(void) = ^{

    NSLog(@"string is :%@", __globalString); //string is :( null)
};

__globalString = nil;

TestBlock();
}

- (void)testStaticObj
{
static NSString *__staticString = nil;
__staticString = @"1";

printf("static address: %p\n", &__staticString);    //static address: 0x6a8c

void (^TestBlock)(void) = ^{

    printf("static address: %p\n", &__staticString); //static address: 0x6a8c

    NSLog(@"string is : %@", __staticString); //string is :( null)
};

__staticString = nil;

TestBlock();
}

- (void)testLocalObj
{
NSString *__localString = nil;
__localString = @"1";

printf("local address: %p\n", &__localString); //local address: 0xbfffd9c0

void (^TestBlock)(void) = ^{

    printf("local address: %p\n", &__localString); //local address: 0x71723e4

    NSLog(@"string is : %@", __localString); //string is : 1
};

__localString = nil;

TestBlock();
}

- (void)testBlockObj
{
__block NSString *_blockString = @"1";

void (^TestBlock)(void) = ^{

    NSLog(@"string is : %@", _blockString); // string is :( null)
 };

_blockString = nil;

TestBlock();
}

- (void)testWeakObj
{
NSString *__localString = @"1";

__weak NSString *weakString = __localString;

printf("weak address: %p\n", &weakString);  //weak address: 0xbfffd9c4
printf("weak str address: %p\n", weakString); //weak str address: 0x684c

void (^TestBlock)(void) = ^{

    printf("weak address: %p\n", &weakString); //weak address: 0x7144324
    printf("weak str address: %p\n", weakString); //weak str address: 0x684c

    NSLog(@"string is : %@", weakString); //string is :1
};

__localString = nil;

TestBlock();
}

 

由以上幾個測試我們可以得出：
1、只有在使用local變量時，block會復制指針，且強引用指針指向的對象一次。其它如全局變量、static變量、block變量等，block不會拷貝指針,只會強引用指針指向的對象一次。
2、即時標記了為weak或unsafe_unretained的local變量。block仍會強引用指針對象一次。（這個不太明白，因為這種寫法可在后面避免循環引用的問題）

循環引用retain cycle

循環引用指兩個對象相互強引用了對方，即retain了對方，從而導致誰也釋放不了誰的內存泄露問題。如聲明一個delegate時一般用assign而不能用retain或strong，因為你一旦那么做了，很大可能引起循環引用。在以往的項目中，我幾次用動態內存檢查發現了循環引用導致的內存泄露。

這里講的是block的循環引用問題，因為block在拷貝到堆上的時候，會retain其引用的外部變量，那么如果block中如果引用了他的宿主對象，那很有可能引起循環引用，如：

 self.myblock = ^{

        [self doSomething];
    };

 

為測試循環引用，寫了些測試代碼用於避免循環引用的方法，如下，（只有arc的，懶得做非arc測試了）

 - (void)dealloc
{

NSLog(@"no cycle retain");
}

- (id)init
{
   self = [super init];
   if (self) {

#if TestCycleRetainCase1

    //會循環引用
    self.myblock = ^{

        [self doSomething];
    };
#elif TestCycleRetainCase2

    //會循環引用
    __block TestCycleRetain *weakSelf = self;
    self.myblock = ^{

        [weakSelf doSomething];
    };

#elif TestCycleRetainCase3

    //不會循環引用
    __weak TestCycleRetain *weakSelf = self;
    self.myblock = ^{

        [weakSelf doSomething];
    };

  #elif TestCycleRetainCase4

    //不會循環引用
    __unsafe_unretained TestCycleRetain *weakSelf = self;
    self.myblock = ^{

        [weakSelf doSomething];
    };

#endif

    NSLog(@"myblock is %@", self.myblock);

}
return self;
}

- (void)doSomething
{
     NSLog(@"do Something");
}

 int main(int argc, char *argv[]) {
@autoreleasepool {
    TestCycleRetain* obj = [[TestCycleRetain alloc] init];
    obj = nil;
    return 0;
  }
}

 

經過上面的測試發現，在加了weak和unsafe_unretained的變量引入后，TestCycleRetain方法可以正常執行dealloc方法，而不轉換和用block轉換的變量都會引起循環引用。
因此防止循環引用的方法如下： 

__unsafe_unretained __typeof(self) weakSelf = self;