iOS - 引用计数（ARC）

1. 基本数据结构

// 对象结构
struct objc_object {isa_t isa;  // isa 指针，包含引用计数信息
};// isa 的位域结构
union isa_t {uintptr_t bits;struct {uintptr_t nonpointer        : 1;  // 是否启用优化的 isa 指针uintptr_t has_assoc         : 1;  // 是否有关联对象uintptr_t has_cxx_dtor      : 1;  // 是否有 C++ 析构函数uintptr_t shiftcls          : 33; // 类的指针uintptr_t magic             : 6;  // 用于调试uintptr_t weakly_referenced : 1;  // 是否有弱引用uintptr_t deallocating      : 1;  // 是否正在释放uintptr_t has_sidetable_rc  : 1;  // 引用计数是否在 SideTable 中uintptr_t extra_rc          : 19; // 额外的引用计数值};
}

2. 引用计数存储位置

2.1 isa 优化

inline bool 
objc_object::hasNonpointerIsa() {return isa.nonpointer;  // 判断是否使用优化的 isa
}// 引用计数存储在 isa 的情况
if (isa.nonpointer) {// 引用计数存储在 isa.extra_rc 中// 最多可存储 2^19 - 1 个引用
}

2.2 SideTable 存储

struct SideTable {spinlock_t slock;RefcountMap refcnts;  // 引用计数哈希表weak_table_t weak_table;  // 弱引用表
};// 当 isa 中的引用计数溢出时
if (isa.has_sidetable_rc) {// 引用计数存储在 SideTable 的 refcnts 中
}

3. 引用计数操作

3.1 retain 操作

id objc_retain(id obj) {if (!obj) return obj;if (obj->isTaggedPointer()) return obj;return obj->retain();
}inline id 
objc_object::retain() {if (isTaggedPointer()) return this;if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {if (fastpath(isa.hasNonpointerIsa())) {addExtraRC_nolock();} else {sidetable_retain();}}return this;
}

3.2 release 操作

void objc_release(id obj) {if (!obj) return;if (obj->isTaggedPointer()) return;obj->release();
}inline bool 
objc_object::release() {if (isTaggedPointer()) return false;if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {if (fastpath(isa.hasNonpointerIsa())) {return sidetable_release(true);}return sidetable_release(false);}return false;
}

4. 引用计数溢出处理

void objc_object::sidetable_addExtraRC_nolock(size_t delta_rc) {// 当 isa.extra_rc 即将溢出时if (isa.extra_rc + delta_rc > RC_MASK) {// 将引用计数迁移到 SideTableisa.has_sidetable_rc = true;auto &table = SideTables()[this];size_t& refcnt = table.refcnts[this];refcnt += delta_rc;} else {// 继续使用 isa 存储isa.extra_rc += delta_rc;}
}

5. 弱引用处理

5.1 弱引用表结构

struct weak_table_t {weak_entry_t *weak_entries;  // 弱引用数组size_t    num_entries;       // 条目数uintptr_t mask;             // 容量掩码uintptr_t max_hash_displacement;  // 最大哈希偏移
};

5.2 弱引用操作

id objc_loadWeakRetained(id *location) {id obj = *location;if (!obj) return nil;if (obj->isTaggedPointer()) return obj;return obj->rootRetain();
}void objc_storeWeak(id *location, id obj) {_objc_weak_store(location, obj);
}

6. 自动释放池相关

void *objc_autoreleasePoolPush(void) {return AutoreleasePoolPage::push();
}void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {AutoreleasePoolPage::pop(ctxt);
}id objc_autorelease(id obj) {if (!obj) return obj;if (obj->isTaggedPointer()) return obj;return obj->autorelease();
}

7. 优化机制

7.1 Tagged Pointer

bool isTaggedPointer() {return ((uintptr_t)this & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}// Tagged Pointer 对象不参与引用计数
if (obj->isTaggedPointer()) {return obj;  // 直接返回，不进行引用计数操作
}

7.2 散列表优化

// SideTable 的哈希表实现
struct RefcountMap : public objc::DenseMap<DisguisedPtr<objc_object>,size_t,true> {// 使用 DenseMap 提高查找效率
};

8. 内存管理策略

8.1 dealloc 流程

inline void 
objc_object::rootDealloc() {if (isTaggedPointer()) return;if (fastpath(isa.hasNonpointerIsa())) {// 快速释放路径if (fastpath(!isa.weakly_referenced && !isa.has_assoc)) {free(this);return;}}object_dispose((id)this);
}

8.2 引用计数检查

bool objc_object::rootTryRetain() {if (isTaggedPointer()) return true;if (fastpath(!ISA()->hasCustomRR())) {if (fastpath(isa.hasNonpointerIsa())) {// 尝试增加引用计数return sidetable_tryRetain();}}return false;
}

这个引用计数系统的设计考虑了：