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iOS 内存管理相关面试题 [复制链接]

2019-4-26 20:47
iOS葡萄 阅读:79 评论:0 赞:0
Tag:  iOS开发内存管理

内存管理的一些概念

  • 为什么要使用内存管理?
    严格的内存管理,能够是我们的应用程在性能上有很大的提高

如果忽略内存管理,可能导致应用占用内存过高,导致程序崩溃

  • OC的内存管理主要有三种方式:

ARC(自动内存计数)
手动内存计数
内存池

  • OC中内存管理的基本思想:

保证任何时候指向对象的指针个数和对象的引用计数相同,多一个指针指向这个对象这个对象的引用计数就加1,少一个指针指向这个对象这个对象的引用计数就减1。没有指针指向这个对象对象就被释放了。

1.每个对象都有一个引用计数器,每个新对象的计数器是1,当对象的计数器减为0时,就会被销毁
2.通过retain可以让对象的计数器+1、release可以让对象的计数器-1
3.还可以通过autorelease pool管理内存
4.如果用ARC,编译器会自动生成管理内存的代码

  • 苹果官方基础内存管理规则:

你拥有你创建的任何对象
你可以使用retain获取一个对象的拥有权
当你不再需要它,你必须放弃你拥有的对象的拥有权
你一定不能释放不是你拥有的对象的拥有权

自动内存管理

  • 谈谈你对 ARC 的认识和理解? ARC 是iOS 5推出的新功能。编译器在代码里适当的地方自动插入 retain / release 完成内存管理(引用计数)。

  • ARC机制中,系统判断对象是否被销毁的依据是什么?
    指向对象的强指针是否被销毁

引用计数器

1.给对象发送一条retain消息,可以使引用计数器+1(retain方法返回对象本身)
2.给对象发送一条release消息,可以使引用计数器-1(注意release并不代表销毁/回收对象,仅仅是计数器-1)
3.给对象发送retainCount消息,可以获得当前的引用计数值

自动释放池

  • 自动释放池底层怎么实现?
    (以栈的方式实现的)(系统自动创建,系统自动释放)栈里面的(先进后出)

内存里面有栈,栈里面有自动释放池。
自动释放池以栈的形式实现:当你创建一个新的自动释放池时,它将被添加到栈顶。当一个对象收到发送autorelease消息时,它被添加到当前线程的处于栈顶的自动释放池中,当自动释放池被回收时,它们从栈中被删除,并且会给池子里面所有的对象都会做一次release操作。

  • 什么是自动释放池?
    答:自动释放池是用来存储多个对象类型的指针变量

  • 自动释放池对池内对象的作用?
    被存入到自动释放池内的对象,当自动释放池被销毁时,会对池内的对象全部做一次release操作

  • 对象如何放入到自动释放池中?
    当你确定要将对象放入到池中的时候,只需要调用对象的 autorelease 对象方法就可以把对象放入到自动释放池中

  • 多次调用对象的autorelease方法会导致什么问题?
    答:多次将地址存到自动释放池中,导致野指针异常

  • 自动释放池作用
    将对象与自动释放池建立关系,池子内调用 autorelease 方法,在自动释放池销毁时销毁对象,延迟 release 销毁时间

  • 自动释放池,什么时候创建?
    程序刚启动的时候,也会创建一个自动释放池

产生事件以后,运行循环开始处理事件,就会创建自动释放池

  • 什么时候销毁的?
    程序运行结束之前销毁

事件处理结束以后,会销毁自动释放池
还有在池子满的时候,也会销毁

  • 自动释放池使用注意:
    不要把大量循环操作放在释放池下,因为这会导致大量循环内的对象没有被回收,这种情况下应该手动写 release 代码。尽量避免对大内存对象使用 autorelease ,否则会延迟大内存的回收。

  • autorelease的对象是在什么时候被release的?
    答:autorelease实际上只是把对release的调用延迟了,对于每一个Autorelease,系统只是把该Object放入了当前的 Autoreleasepool中,当该pool被释放时,该pool中的所有Object会被调用Release。对于每一个Runloop,系统会隐式创建一个Autoreleasepool,这样所有的releasepool会构成一个象CallStack一样的一个栈式结构,在每一个 Runloop结束时,当前栈顶的Autoreleasepool会被销毁,这样这个pool里的每个Object(就是autorelease的对象)会被release。那什么是一个Runloop呢?一个UI事件,Timer call,delegate call, 都会是一个新的Runloop。

  • If we don’t create any autorelease pool in our application then is there any autorelease pool already provided to us?
    系统会默认会不定时地创建和销毁自动释放池

  • When you will create an autorelease pool in your application?
    当不需要精确地控制对象的释放时间时,可以手动创建自动释放池

@property内存管理策略的选择

  • 读写属性:readwrite 、readonly
    setter语意:assign 、retain / copy

原子性(多线程管理):atomic 、 nonatomic
强弱引用:strong 、 weak

  • 读写属性:

  1. :同时生成 set 和 get 方法(默认)

readonly :只会生成 get 方法

  • 控制set方法的内存管理:
    retain:release 旧值,retain 新值。希望获得源对象的所有权时,对其他 NSObject 和其子类(用于 OC 对象)

copy :release 旧值,copy 新值。希望获得源对象的副本而不改变源对象内容时(一般用于 NSString ,block )
assign :直接赋值,不做任何内存管理(默认属性),控制需不需生成 set 方法。对基础数据类型 (NSInteger ,CGFloat )和C数据类型(int , float , double , char , 等等)

  • 原子性(多线程管理):

atomic
默认属性,访问方法都为原子型事务访问。锁被加到所属对象实例级,性能低。原子性就是说一个操作不可以中途被 cpu 暂停然后调度, 即不能被中断, 要不就执行完, 要不就不执行. 如果一个操作是原子性的,那么在多线程环境下, 就不会出现变量被修改等奇怪的问题。原子操作就是不可再分的操作,在多线程程序中原子操作是一个非常重要的概念,它常常用来实现一些同步机制,同时也是一些常见的多线程 Bug 的源头。当然,原子性的变量在执行效率上要低些。

nonatomic
非原子性访问。不加同步,尽量避免多线程抢夺同一块资源。是直接从内存中取数值,因为它是从内存中取得数据,它并没有一个加锁的保护来用于cpu中的寄存器计算Value,它只是单纯的从内存地址中,当前的内存存储的数据结果来进行使用。 多线程并发访问会提高性能,但无法保证数据同步。尽量避免多线程抢夺同一块资源,否则尽量将加锁资源抢夺的业务逻辑交给服务器处理,减少移动客户端的压力。
当有多个线程需要访问到同一个数据时,OC中,我们可以使用 @synchronized (变量)来对该变量进行加锁(加锁的目的常常是为了同步或保证原子操作)。

  • 强指针(strong)、弱指针(weak)

strong
strong 系统一般不会自动释放,在 oc 中,对象默认为强指针。作用域销毁时销毁引用。在实际开放中一般属性对象一般 strong 来修饰(NSArray,NSDictionary),在使用懒加载定义控件的时候,一般也用strong。

weak
weak 所引用对象的计数器不会加一,当对象被释放时指针会被自动赋值为 nil,系统会立刻释放对象。

__unsafe_unretained 弱引用 当对象被释放时指针不会被自动赋值为 ni
在ARC时属性的修饰符是可以用 assign 的(相当于 __unsafe_unretained)
在ARC时属性的修饰符是可以用 retain 的 (相当于 __strong)

假定有N个指针指向同一个对象,如果至少有一个是强引用,这个对象只要还在作用域内就不会被释放。相反,如果这N个指针都是弱引用,这个对象马上就被释放

在使用 sb 或者 xib 给控件拖线的时候,为什么拖出来的先属性都是用 weak 修饰呢?
由于在向 xib 或者 sb 里面添加控件的时候,添加的子视图是添加到了跟视图 View 上面,而 控制器 Controller 对其根视图 View 默认是强引用的,当我们的子控件添加到 view 上面的时候,self.view addSubView: 这个方法会对添加的控件进行强引用,如果在用 strong 对添加的子控件进行修饰的话,相当于有两条强指针对子控件进行强引用, 为了避免这种情况,所以用 weak 修饰。

注意:
(1)addSubView 默认对其 subView 进行了强引用
(2)在纯手码实现界面布局时,如果通过懒加载处理界面控件,需要使用strong强指针

  • ARC管理内存是用 assign 还是用 weak ?

  1. : 如果由于某些原因代理对象被释放了,代理指针就变成了野指针。

weak : 如果由于某些原因代理对象被释放了,代理指针就变成了空指针,更安全(weak 不能修饰基本数据类型,只能修饰对象)。

内存分析

  • 静态分析(Analyze)
    不运行程序, 直接检测代码中是否有潜在的内存问题(不一定百分百准确, 仅仅是提供建议)

结合实际情况来分析, 是否真的有内存问题

  • 动态分析(Profile == Instruments)
    运行程序, 通过使用app,查看内存的分配情况(Allocations):可以查看做出了某个操作后(比如点击了某个按钮示了某个控制器),内存是否有暴增的情况(突然变化)

运行程序, 通过使用app, 查看是否有内存泄漏(Leaks):红色区域代表内存泄漏出现的地方

什么情况下会发生内存泄漏和内存溢出?
内存泄漏:堆里不再使用的对象没有被销毁,依然占据着内存。
内存溢出:一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露多了,内存迟早会被占光,最终会导致内存溢出!当程序在申请内存时,没有足够的内存空间供其使用,出现out of memory;比如数据长度比较小的数据类型 存储了数据长度比较大的数据。

关于图片占用内存管理

  • 图片加载占用内存对比
    使用 imageName: 加载图片:

  • 加载到内存当中后,占据内存空间较大
    相同的图片,图片不会重复加载

加载内存当中之后,会一直停留在内存当中,不会随着对象销毁而销毁
加载进去图片之后,占用的内存归系统管理,我们无法管理

  • 使用 imageWithContentsOfFile: 加载图片
    加载到内存当中后,占据内存空间较小

相同的图片会被重复加载内存当中
对象销毁的时候,加载到内存中图片会随着一起销毁

  • 结论:
    图片较小,并且使用频繁,使用 imageName: 来加载(按钮图标/主页里面图片)

图片较大,并且使用较少,使用 imageWithContentsOfFile: 来加载(版本新特性/相册)

  • 图片在沙盒中的存在形式

部署版本在>=iOS8的时候,打包的资源包中的图片会被放到Assets.car。图片有被压缩;
部署版本在<iOS8的时候,打包的资源包中的图片会被放在MainBudnle里面。图片没有被压缩

没有放在Images.xcassets里面的所有图片会直接暴露在沙盒的资源包(main Bundle), 不会压缩到Assets.car文件,会被放到MainBudnle里面。图片没有被压缩

结论:

小图片用频率比较高的图片放在Images.xcassets里面
大图片用频率比较低的图片(一次性的图片, 比如版本新特性的图片)不要放在Images.xcassets里面

内存管理问题

单个对象内存管理的问题

  • 关于内存我们主要研究的问题是什么?
    野指针:对象的retainCount已经为0,保存了对象指针地址的变量就是野指针。使用野指针调用对象的方法,会导致野指针异常,导致程序直接崩溃

内存泄露:已经不在使用的对象,没有正确的释放掉,一直驻留在内存中,我们就说是内存泄漏

  • 僵尸对象?retainCount = 0的对象被称之为僵尸对象,也就是不能够在访问的对象
    是什么问题导致,访问僵尸对象,时而正确时而错误?

如何开始xcode的时时检测僵尸对象功能?

  • 当对象的retainCount = 0 时 能否调用 retain方法使对象复活?
    已经被释放的对象是无法在复活的

如何防止出现野指针操作?
通常在调用完release方法后,会把保存了对象指针地址的变量清空,赋值为nil
在oc中没有空指针异常,所以使用[nil retain]调用方法不会导致异常的发生

  • 内存泄漏有几种情况?
    没有配对释放,不符合内存管理原则

对象提前赋值为nil或者清空,导致release方法没有起作用

多个对象内存管理的问题

  • 对象与对象之间存在几种关系?
    继承关系

组合关系
对象作为方法参数传递

  • 对象的组合关系中,如何确保作为成员变量的对象,不会被提前释放?
    重写set方法,在set方法中,retain该对像,使其retainCount值增加 1

  • 组合关系导致内存泄漏的原因是什么?
    在set方法中,retain了该对象,但是并没有配对释放

  • 作为成员变量的对象,应该在那里配对释放?
    在dealloc函数中释放

内存相关的一些数据结构的对比

  • 简述内存分区情况
    代码区:存放函数二进制代码

数据区:系统运行时申请内存并初始化,系统退出时由系统释放。存放全局变量、静态变量、常量
堆区:通过malloc等函数或new等操作符动态申请得到,需程序员手动申请和释放
栈区:函数模块内申请,函数结束时由系统自动释放。存放局部变量、函数参数

  • 手机的存储空间分为内存(RAM)和闪存(Flash)两种
    内存一般较小:1G、2G、3G、4G。闪存空间相对较大16G、32G、64G;

内存的读写速度较快、闪存的读写速度相对较慢;
内存里的东西掉电后全部丢失、闪存里的东西掉电也不丢;
内存相当于电脑的内存条、闪存相当于电脑的硬盘;

  • 堆和栈的区别?

1、管理方式:
堆释放工作由程序员控制,容易产生memory leak;
栈是由编译器自动管理,无需我们手工控制。

2、申请大小:
堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。
栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 Windows下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。

3、碎片问题:
堆:频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续,从而造成大量的碎片,使程序效率降低。
栈:则不会存在这个问题,因为栈是先进后出的队列,他们是如此的一一对应,以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出

4、分配方式:
堆都是动态分配的,没有静态分配的堆。
栈有2种分配方式:静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的,比如局部变量的分配。动态分配由alloc函数进行分配,但是栈的动态分配和堆是不同的,他的动态分配是由编译器进行释放,无需我们手工实现。

5、分配效率:
栈:是机器系统提供的数据结构,计算机会在底层对栈提供支持:分配专门的寄存器存放栈的地址,压栈出栈都有专门的指令执行,这就决定了栈的效率比较高。
堆:则是C/C++函数库提供的,它的机制是很复杂的。

  • 每个App有个内存空间,假定是4G,分为堆和栈两大部分。一般来说每个进程有一个堆(这个进程的所有线程共用这个堆),进程中的线程有自己栈。
    通过alloc、new或malloc获得的内存在堆中分配,堆中的内存需要写相应的代码释放。如果进程结束了在堆中分配的内存会自动释放。

局部变量、函数参数是在栈空间中分配,如果函数返回这个函数中的局部变量、参数所占的内存系统自动释放(回收)。
程序在编译期对变量和函数分配内存都在栈上进行,且程序运行过程中函数调用时参数的传递也在栈上进行。

  • 队列和栈有什么区别:
    队列和栈是两种不同的数据容器。从”数据结构”的角度看,它们都是线性结构,即数据元素之间的关系相同。

队列是一种先进先出的数据结构,它在两端进行操作,一端进行入队列操作,一端进行出列队操作。
栈是一种先进后出的数据结构,它只能在栈顶进行操作,入栈和出栈都在栈顶操作。

  • 链表和数组的区别在哪里?
    二者都属于一种数据结构。如果需要快速访问数据,很少或不插入和删除元素,就应该用数组;相反, 如果需要经常插入和删除元素就需要用链表数据结构。

  • 从逻辑结构来看
    数组必须事先定义固定的长度(元素个数),不能适应数据动态地增减的情况。当数据增加时,可能超出原先定义的元素个数;当数据减少时,造成内存浪费;数组可以根据下标直接存取。

链表动态地进行存储分配,可以适应数据动态地增减的情况,且可以方便地插入、删除数据项。(数组中插入、删除数据项时,需要移动其它数据项,非常繁琐)链表必须根据next指针找到下一个元素

  • 从内存存储来看
    数组从栈中分配空间,对于程序员方便快速,但是自由度小

链表从堆中分配空间, 自由度大但是申请管理比较麻烦

面试题

如何让程序尽量减少内存泄漏

  • 非ARC
    Foundation 对象( OC 对象) : 只要方法中包含了 allocnewcopymutableCopyretain 等关键字,那么这些方法产生的对象, 就必须在不再使用的时候调用1次 release 或者1次 autorelease。

CoreFoundation 对象( C 对象) : 只要函数中包含了 createnewcopyretain 等关键字, 那么这些方法产生的对象, 就必须在不再使用的时候调用1次 CFRelease 或者其他 release 函数。

  • ARC(只自动管理OC对象, 不会自动管理C语言对象)
    CoreFoundation 对象( C 对象) : 只要函数中包含了 createnewcopyretain 等关键字, 那么这些方法产生的对象, 就必须在不再使用的时候调用1次 CFRelease 或者其他 release 函数。

block的注意

// block的内存默认在栈里面(系统自动管理)
void (^test)() = ^{
    
};
// 如果对block进行了Copy操作, block的内存会迁移到堆里面(需要通过代码管理内存)
Block_copy(test);
// 在不需要使用block的时候, 应该做1次release操作
Block_release(test);
[test release];
  • 野指针举例
    建了个视图控制器(ARC时)某个函数里写了如下代码。当这个函数返回时因为没有指针指向b所以b会被释放、但是b.view不会被释放。如果在b里有需要操作b的地方(比如代理的方法),就会产生野指针(提前释放)

B *b = [[B alloc]init];
[self.view addSubview:b.view];
  • set方法

在对象的组合关系中,导致内存泄漏有几种情况?
1.set方法中没有retain对象
2.没有release掉旧的对象
3.没有判断向set方法中传入的是否是同一个对象

该如何正确的重写set方法?
1.先判断是否是同一个对象
2.release一次旧的对象
3.retain新的对象
写一个setter方法用于完成@property (nonatomic,retain)NSString *name,
写一个setter方法用于完成@property(nonatomic,copy)NSString *name。

@property (nonatomic, retain) NSString *name;
- (void)setName:(NSString *)name {
    if (_name != name) {
        [_name release];
        _name = [name retain];
    }
}

@property(nonatomic, copy) NSString *name;
- (void)setName:(NSString *)name {
    if (_name != name) {
        [_name release];
        _name = [name copy];
    }
}

- (void)dealloc {
    self.name = nil;
    // 上边这句相当于下边两句
    [_name release];
    _name = nil;
}
  • 引用计数的使用

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // 1
        Person *p = [[Person alloc] init];
        
        p.age = 20;
        
        // 0 (p指向的内存已经是坏内存, 称person对象为僵尸对象)
        // p称为野指针, 野指针: 指向僵尸对象(坏内存)的指针
        [p release];
        
        // p称为空指针
        p = nil;
        
        p.age = 40;
//        [0 setAge:40];
        
        // message sent to deallocated instance 0x100201950
        // 给空指针发消息不会报错
        [p release];
    }
    return 0;
}
  • 堆和栈

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Car.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        int a = 10; // 栈
        
        int b = 20; // 栈
        
        // c : 栈
        // Car对象(计数器==1) : 堆
        Car *c = [[Car alloc] init];
    }
    
    // 当autoreleasepool执行完后后, 栈里面的变量a\b\c都会被回收
    // 但是堆里面的Car对象还会留在内存中, 因为它是计数器依然是1
    
    return 0;
}
  • 看下面的程序,三次NSLog会输出什么?为什么?
    结果:3、2、1

NSMutableArray* ary = [[NSMutableArray array] retain];  
NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"test"];  // 1 
[str retain];   // 2
[ary addObject:str]; // 3  
NSLog(@"%d", [str retainCount]);  
[str retain];  // 4
[str release];   // 3
[str release];   // 2
NSLog(@"%d", [str retainCount]);  
[ary removeAllObjects]; // 1  
NSLog(@"%d", [str retainCount]);   
  • [NSArray arrayWithobject:]后需要对这个数组做释放操作吗?
    答: 不需要,这个对象被放到自动释放池中

  • 老版本的工程是可以转换成使用ARC的工程,转换规则包括:

1.去掉所有的retain,release,autorelease

2.把NSAutoRelease替换成@autoreleasepool{}块
3.把assign的属性变为weak使用ARC的一些强制规定
4.dealloc方法来管理一些资源,但不能用来释放实例变量,也不能在dealloc方法里面去掉[super dealloc]方法,在ARC下父类的dealloc同样由编译器来自动完成
5.Core Foundation类型的对象任然可以用CFRetain,CFRelease这些方法
6.不能在使用NSAllocateObject和NSDeallocateObject对象
7.不能在c结构体中使用对象指针,如果有类似功能可以创建一个Objective-c类来管理这些对象
8.在id和void *之间没有简便的转换方法,同样在Objective-c和core Foundation类型之间的转换都需要使用编译器制定的转换函数
9.不能使用内存存储区(不能再使用NSZone)
10.不能以new为开头给一个属性命名
11.声明outlet时一般应当使用weak,除了对StoryBoard,这样nib中间的顶层对象要用strong
12.weak 相当于老版本的assign,strong相当于retain

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