引言

果設備備受歡迎的背後離不開iOS優秀的内存管理，不同場景，系統提供了不同的内存管理方案來節省内存和提高執行效率，大緻有如下三種：

• TaggedPointer （對于一些小對象，比如說NSNumber,NSString等）
• NONPOINTER_ISA （不僅僅是指針）
• 散列表SideTables

TaggedPointer

為了節省内存和提高執行效率，蘋果提出了Tagged Pointer的概念。對于 64 位程序，引入 Tagged Pointer 後，相關邏輯能減少一半的内存占用，蘋果對于Tagged Pointer特點的介紹：

• Tagged Pointer專門用來存儲小的對象，例如NSNumber和NSDate
• Tagged Pointer指針的值不再是地址了，而是真正的值。所以，實際上它不再是一個對象了，它隻是一個披着對象皮的普通變量而已。所以，它的内存并不存儲在堆中，也不需要 malloc 和 free。
• 在内存讀取上有着 3 倍的效率，創建時比以前快 106 倍。

為什麼會出現TaggedPointer

假設我們要存儲一個 NSNumber 對象，其值是一個整數。正常情況下，如果這個整數隻是一個 NSInteger 的普通變量，那麼它所占用的内存是與 CPU 的位數有關，在 32 位 CPU 下占 4 個字節，在 64 位 CPU 下是占 8 個字節的。而指針類型的大小通常也是與 CPU 位數相關，一個指針所占用的内存在 32 位 CPU 下為 4 個字節，在 64 位 CPU 下也是 8 個字節。

所以一個普通的 iOS 程序，如果沒有Tagged Pointer對象，從 32 位機器遷移到 64 位機器中後，雖然邏輯沒有任何變化，但這種 NSNumber、NSDate 一類的對象所占用的内存會翻倍。如下圖所示：

為了存儲和訪問一個 NSNumber 對象，我們需要在堆上為其分配内存，另外還要維護它的引用計數，管理它的生命期。這些都給程序增加了額外的邏輯，造成運行效率上的損失，所以需要一種解決方案（TaggedPointer）來節省内存和提高執行效率。

TaggedPointer的原理

為了改進上面提到的内存占用和效率問題，蘋果提出了Tagged Pointer對象。由于 NSNumber、NSDate 一類的變量本身的值需要占用的内存大小常常不需要 8 個字節，拿整數來說，4 個字節所能表示的有符号整數就可以達到 20 多億（注：2^31=2147483648，另外 1 位作為符号位)，對于絕大多數情況都是可以處理的。

所以我們可以将一個對象的指針拆成兩部分，一部分直接保存數據，另一部分作為特殊标記，表示這是一個特别的指針，不指向任何一個地址。所以，引入了Tagged Pointer對象之後，64 位 CPU 下 NSNumber 的内存圖變成了以下這樣：

方案對比：當NSNumber、NSDate、NSString存值很小的情況下

• 在沒有使用TaggedPointer之前：NSNumber等對象需要動态分配内存、維護引用計數等，NSNumber指針存儲的是堆中NSNumber對象的地址值（需要創建OC對象）
• 使用TaggedPointer之後：NSNumber指針裡面存儲的數據變成了：Tag Data，也就是将數據直接存儲在了指針中（不需要創建OC對象）
• 當存值很大，指針不夠存儲數據時（超過64位），才會使用動态分配内存的方式來存儲數據（創建OC對象）
• 消息調用時，objc_msgSend 能識别TaggedPointer，比如NSNumber的intValue方法，直接從指針提取數據，節省了以前的調用開銷（而且這不是真的OC對象，根本就沒有isa去找方法）

demo

int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { NSNumber *num1 = @3; NSNumber *num2 = @4; NSNumber *num3 = @5; // 數值太大，64位不夠放，得alloc生成個對象來保存 NSNumber *num4 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFFF); // 小數值的NSNumber對象，并不是alloc出來放在堆中的對象，隻是一個單純的指針，目标值是存放在指針的地址值中 NSLog(@"%p %p %p %p", num1, num2, num3, num4); } } // 打印日志 2020-03-23 16:10:30.888204 0800 04-内存管理-Tagged Pointer[6079:225288] 0x2027be5cc632c957 0x2027be5cc632ce57 0x2027be5cc632cf57 0x100512050

說明： 猜測是iOS13之後底層多加了一層掩碼，以前輸出num1, num2, num3地址是0x327 0x427 0x527 ，直接可以從地址裡面看到NSNumber的值

如何判定是否是TaggedPointer

判定規則：将某個對象和1進行位運算

• iOS平台的判定位為最高有效位（第64位）
• Mac平台的判定位為最低有效位（第1位）

判定為是【1】就是TaggedPointer，否則這就是分配到堆中的OC對象的内存地址（OC對象在内存中以16對齊，因此有效位肯定是0，16 = 0x10 = 0b00010000）。

BOOL isTaggedPointer(id pointer) { return (long)(__bridge void *)pointer & (long)1; // Mac平台是最低有效位（第1位） } int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { NSNumber *num3 = @5; NSNumber *num4 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFFF); NSLog(@"%d %d ", isTaggedPointer(num3), isTaggedPointer(num4)); } } // 打印日志 2020-03-23 16:10:30.888286 0800 04-内存管理-Tagged Pointer[6079:225288] 1 0

優點

TaggedPointer技術的好處：

1. 存值：直接把值存到指針中，不需要再新建一個OC對象來保存（額外多分配至少16個字節）--- 省内存
2. 取值：直接從指針中把目标值抽取出來，不需要像OC對象那樣，先從類對象的方法列表中查找再調用來獲取那麼麻煩 --- 性能好、效率高

NONPOINTER_ISA

在arm64位下iOS操作系統，Objective-C對象的isa區域不再隻是一個指針，在64位架構下的isa指針是64bit位，實際上33位就能夠表示類對象（或元類對象）的地址，為了提供内存的利用率，在剩餘的bit位當中添加了内存管理的數據内容

isa結構

• arm64架構之前，isa是一個普通的指針，存儲着Class、MetaClass對象的地址
• 從arm64架構之後，蘋果對isa進行了優化，變成了一個公用體

# 隻看arm64情況下 union isa_t { Class cls; uintptr_t bits; struct { uintptr_t nonpointer : 1; \ uintptr_t has_assoc : 1; \ uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \ uintptr_t shiftcls : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \ uintptr_t magic : 6; \ uintptr_t weakly_referenced : 1; \ uintptr_t deallocating : 1; \ uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \ uintptr_t extra_rc : 19 }; };

字段含義解釋

1. nonpointer：0，代表普通的指針，存儲着Class、Meta-Class對象的内存地址。 1，代表優化過，使用位域存儲更多的信息
2. has_assoc：是否有設置過關聯對象，如果沒有，釋放時會更快
3. has_cxx_dtor：是否有C 的析構函數（.cxx_destruct），如果沒有，釋放時會更快
4. shiftcls：存儲着Class、Meta-Class對象的内存地址信息
5. magic： 用于在調試時分辨對象是否未完成初始化
6. weakly_referenced：是否有被弱引用指向過，如果沒有，釋放時會更快
7. deallocating：對象是否正在釋放
8. extra_rc：裡面存儲的值是引用計數器減1
9. has_sidetable_rc：引用計數器是否過大無法存儲在isa中，如果為1，那麼引用計數會存儲在一個叫SideTable的類的屬性中。

散列表(SideTables)

SideTables()實際是一個哈希表，我們可以通過對象指針，找到所對應的引用計數表或弱引用表位于哪個SideTable表中。也就是有多個sideTable表

思考：為什麼不是一個大表，而是多個表

？

回答：如果隻有一張表，所有對象的引用計數都放到一張表中，則如果在修改某個對象的引用計數的時候，由于對象可能在不同線程中被操作，則需要對表進行加鎖，這樣一來，效率就會極地。

什麼是哈希表

是根據關鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的數據結構。也就是說，它通過把關鍵碼值映射到表中一個位置來訪問記錄，以加快查找的速度，賦值和獲取都避免了遍曆，提高了效率

SideTable結構

底層源碼結構如下：

struct SideTable { spinlock_t slock;//自旋鎖 RefcountMap refcnts;//引用計數表 weak_table_t weak_table;//弱引用表 }

可以看到SideTable是由三部分組成

Spinlock_t自旋鎖

• 自旋鎖來用來防止操作表結構時可能的競态條件，适用于輕量訪問。比如引用計數的修改
• Spinlock_t是“忙等”的鎖，對SideTable加鎖，避免數據錯誤

引用計數表RefcountMap

引用計數表也是一個hash表，通過hash函數找到指針對應的引用計數的位置。

弱引用表weak_table_t

弱引用表也是一個hash表，通過hash函數找到對象對應的弱引用數組

底層結構：

struct weak_table_t { weak_entry_t *weak_entries; size_t num_entries; };

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!