iOS开发：__weak __strong解决Block嵌套

news2024/12/28 5:42:12

Block使用会存在循环引用的问题，多个Block嵌套使用的情况更复杂，还会出现对象nil的问题。

为什么会循环引用？

现在iOS开发都是在ARC引用计数管理模式下的，参考另一篇文章《Block底层原理》，我们知道Block访问外部变量对临时变量是值拷贝（深拷贝），对__block修饰的变量是指针拷贝（浅拷贝），这两种情况都不在这次的讨论范围内，因为变量的作用域有限，会在block执行完毕后释放掉；如果Block访问的是对象类型（比如：Dog类），Block访问外部变量对__strong修饰的对象(NSObject默认是__strong修饰)，是执行的对象自身的copy函数（浅拷贝）。

  1. 问：Block访问实例对象会造成循环引用吗？
- (void)testBlock {
    void(^block1)(void) = ^{
        self.name = @"张三";
    };
    block1();
}

答：不会。通过打印self.name，证明name已经修改为@"张三"，再次证明block捕获对象是浅拷贝，引用计数+1，当testBlock函数调用完毕，block1就被释放掉了，对self的引用计数-1，所以不会存在循环引用。

  1. 造成循环引用的情况
    循环引用其实也就是说，对象会被一直持有，对象无法释放，dealloc就不调用了，导致内存溢出，这才是我们担心的问题所在。造成这一问题所在的根源就是对象被持有没有释放，引用计数一直大于0。
    比如：A持有B，B也持有A，谁也无法释放内存；这个是最常见的。
- (void)testBlock {
    self.block1 = ^{
        self.name = @"张三";
    };
    block1();
}
//self持有了block1，block1又访问了self，

还有A持有B，B持有C，C持有D…D持有A，最后肯定形成了闭环

- (void)testBlock {
	
    self.block1 = ^{
       void(^block2)(void) = ^{
           self.name = @"张三";
       }; 
	   block2();
    };
    block1();
}
//self持有了block1，block1持有了block2访问了self，block2访问了self。

我们要做的就是把强制引用形成的链条打断。
请添加图片描述

__weak原理

解决循环引用，我们最多的就是用__weak来修饰变量，从而打破强引用的链条。那么__weak为什么可以做到呢？

Runtime维护了一个 weak_table_t hash（哈希） 表，用于存储指向某个对象的所有weak指针。Key是所指对象的地址，Value是weak指针的地址（这个地址的值是所指对象的指针地址）数组。

 __weak typeof(self) weakSelf = self;
  • 当我们初始化一个weak变量时，runtime会调用 NSObject.mm 中的objc_initWeak函数
id objc_initWeak(id *location, id newObj)
{
    if (!newObj) {
        *location = nil;
        return nil;
    }

    return storeWeak<DontHaveOld, DoHaveNew, DoCrashIfDeallocating>
        (location, (objc_object*)newObj);
}
  • *location ：__weak weakSelf 的指针地址
  • newObj ：所引用的对象，即例子中的self
  • objc_initWeak函数会调用storeWeak函数，该函数主要是更新指针指向，创建对应的弱引用表
template <HaveOld haveOld, HaveNew haveNew,
          enum CrashIfDeallocating crashIfDeallocating>
static id storeWeak(id *location, objc_object *newObj)
{
    ASSERT(haveOld  ||  haveNew);
    if (!haveNew) ASSERT(newObj == nil);

    Class previouslyInitializedClass = nil;
    id oldObj;
    SideTable *oldTable;
    SideTable *newTable;

 retry:
    // 如果weak指针变量 之前弱引用过一个对象 讲这个对象对应的SideTable从SideTables中取出来，赋值给oldTable
    if (haveOld) {
        oldObj = *location;
        oldTable = &SideTables()[oldObj];
    } else {
        // 如果weak指针变量 之前没有弱引用过一个obj，则oldTable = nil
        oldTable = nil;
    }
    
    //  如果weak指针变量要weak引用一个新的obj，则将该obj对应的SideTable取出，赋值给newTable
    if (haveNew) {
        newTable = &SideTables()[newObj];
    } else {
        // 如果weak指针变量不需要引用一个新obj，则newTable = nil
        newTable = nil;
    }
    
    // 加锁操作，防止多线程中竞争冲突
    SideTable::lockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);

    if (haveOld  &&  *location != oldObj) {
        SideTable::unlockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);
        goto retry;
    }

    // Prevent a deadlock between the weak reference machinery
    // and the +initialize machinery by ensuring that no
    // weakly-referenced object has an un-+initialized isa.
    if (haveNew  &&  newObj) {
        Class cls = newObj->getIsa();
        if (cls != previouslyInitializedClass  &&
            !((objc_class *)cls)->isInitialized()) //  如果cls还没有初始化，先初始化，再尝试设置weak
        {
            SideTable::unlockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);
            class_initialize(cls, (id)newObj);

            // If this class is finished with +initialize then we're good.
            // If this class is still running +initialize on this thread
            // (i.e. +initialize called storeWeak on an instance of itself)
            // then we may proceed but it will appear initializing and
            // not yet initialized to the check above.
            // Instead set previouslyInitializedClass to recognize it on retry.
            previouslyInitializedClass = cls;

            goto retry; // 重新获取一遍newObj，这时的newObj应该已经初始化过了
        }
    }
    
    
    
    // 如果weak指针变量之前弱引用过别的对象oldObj，则调用weak_unregister_no_lock，在oldObj的weak_entry_t中移除该weak_ptr地址

    if (haveOld) {
        weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
    }
    
    // 如果weak指针变量需要弱引用新的对象newObj
    if (haveNew) {
        
        // 1 调用weak_register_no_lock方法，weak_register_no_lock会将weak指针变量的地址 记录到newObj对应的weak_entry_t中
        newObj = (objc_object *)
            weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, (id)newObj, location,
                                  crashIfDeallocating ? CrashIfDeallocating : ReturnNilIfDeallocating);

        // 2 更新newObj的isa的weakly_referenced bit标志位
        if (!newObj->isTaggedPointerOrNil()) {
            newObj->setWeaklyReferenced_nolock();
        }
        
        // 3 *location 赋值，也就是将weak指针变量直接指向了newObj   这里并没有将newObj的引用计数+1 ， 所以weak引用不会让newObj引用计数+1
        *location = (id)newObj;  // 也就是例子中 将weakSelf 指向self
    }
    else {
        // No new value. The storage is not changed.
    }
    
    // 解锁，其他线程可以访问oldTable, newTable了
    SideTable::unlockTwo<haveOld, haveNew>(oldTable, newTable);

.
    // 返回newObj，此时的newObj与刚传入时相比，weakly-referenced bit位置1
    callSetWeaklyReferenced((id)newObj);

    return (id)newObj;
}
  • 当对象的引用计数为0时，底层会调用_objc_rootDealloc方法对对象进行释放
  • _objc_rootDealloc -> object_dispose -> objc_destructInstance -> clearDeallocating -> clearDeallocating_slow -> weak_clear_no_lock
void weak_clear_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id) 
{
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;
    
    // 找到referent在weak_table中对应的weak_entry_t
     weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent); 
        if (entry == nil) {
        /// XXX shouldn't happen, but does with mismatched CF/objc
        //printf("XXX no entry for clear deallocating %p\n", referent);
        return;
    }

    // zero out references
    weak_referrer_t *referrers;
    size_t count;
    
    // 找出weak引用referent的weak指针地址数组以及数组长度
    if (entry->out_of_line()) {
        referrers = entry->referrers;
        count = TABLE_SIZE(entry);
    } 
    else {
        referrers = entry->inline_referrers;
        count = WEAK_INLINE_COUNT;
    }
    
    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        objc_object **referrer = referrers[i]; // 取出每个weak 指针变量的地址
        if (referrer) {
            if (*referrer == referent) { // 如果weak 指针变量确实weak引用了referent，则将weak指针变量设置为nil，这也就是为什么weak 指针会自动设置为nil的原因
                *referrer = nil;
            }
            else if (*referrer) { // 如果所存储的weak 指针变量没有weak 引用referent，这可能是由于runtime代码的逻辑错误引起的，报错
                _objc_inform("__weak variable at %p holds %p instead of %p. "
                             "This is probably incorrect use of "
                             "objc_storeWeak() and objc_loadWeak(). "
                             "Break on objc_weak_error to debug.\n", 
                             referrer, (void*)*referrer, (void*)referent);
                objc_weak_error();
            }
        }
    }
    
    weak_entry_remove(weak_table, entry); // 由于referent要被释放了，因此referent的weak_entry_t也要移除出weak_table
}

强弱共舞(weak-strong-dance)

我们在Block里面嵌套一个延迟函数，通过输出打印，对象内存已经被置空。

- (void)checkBlock {
    Dog *dog = [Dog new];
    __weak Dog *dog_weak = dog;
    dog.eatBlock = ^(NSString * _Nonnull name) {
        dog_weak.name = name;
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            dog_weak.name = @"牛肉";
            NSLog(@"wuwuFQ:%@", dog_weak);//输出 wuwuFQ:(null)
        });
        
    };
    dog.eatBlock(@"鸡肉");
    NSLog(@"wuwuFQ:%@", dog.name);//输出 wuwuFQ:鸡肉
}

dispatch_async是主线程异步执行，可能会在checkBlock函数执行完后才执行，对象dog就会在之前被释放掉，导致弱引用dog_weak指针为nil。
我们用__strong来解决这个问题：

- (void)checkBlock {
    Dog *dog = [Dog new];
    __weak Dog *dog_weak = dog;
    dog.eatBlock = ^(NSString * _Nonnull name) {
        dog_weak.name = name;
        __strong Dog *dog_strong = dog_weak;
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            dog_strong.name = @"牛肉";
            NSLog(@"wuwuFQ:%@", dog_strong);//输出 wuwuFQ:<Dog: 0x6000027ddce0>
        });
        
    };
    dog.eatBlock(@"鸡肉");
    NSLog(@"wuwuFQ:%@", dog.name);//输出 wuwuFQ:鸡肉
}

我们再来理解下这段代码，dispatch_async在这里是主线程异步执行任务，会添加到 main_queue() 的末端，我在调用checkBlock函数之后又尝试调用了其他同步函数，dispatch_async总是最后一个被调用，也就是说肯定在checkBlock函数之后了，也就导致了对象dog被释放掉。
我们用 __strong 强引用了dog_weak指针，可以让dispatch_async内部捕获到变量dog_strong，dispatch_async执行完毕，变量dog_strong释放，也不会产生循环引用。

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