Objective-C 内存管理

Objective-C 的引用计数以内存所有权为基础：需要继续使用对象的关系持有它，不再需要时解除持有。MRC 由开发者显式管理，ARC 则由编译器依据规则生成相应操作。两者都不能替业务决定对象应该活多久，也不能自动处理任意强引用环。本文以 Apple 平台的 ARC 为主，MRC 示例会明确标注。

1. 面试核心

先记住这几条，再读正文

• ARC 与 MRC 都使用引用计数，区别主要在于谁负责插入和维护相应所有权操作，ARC 不是周期扫描对象的垃圾回收器。卡 · 所有权与 ARC
• 强引用维持对象生命，弱引用不拥有对象，weak 的自动清零需要运行时登记和对象销毁过程配合。 卡 · 强弱引用与清零卡 · 强弱引用与清零
• autorelease 表达延后的释放，自动释放池只处理登记给它的释放操作，不会收集作用域内的所有对象。卡 · 自动释放池
• 池排空不等于对象一定销毁，如果仍有其他强引用，对象会继续存活。
• Core Foundation 桥接需要同时判断类型兼容与所有权，__bridge 不转移所有权，retained 与 transfer 则承担不同方向的释放责任。卡 · Core Foundation 桥接
• atomic 只约束相应访问器的单次操作，不保证 count++、多字段一致性或对象内部可变内容的线程安全。卡 · 属性原子性与线程安全
• 引用环需要调整所有权或明确断开，不应靠观察 retainCount 数值判断对象能否正确释放。卡 · 引用环与诊断

2. 所有权与 ARC

卡 · ARC 与 MRC 有什么区别？

拥有关系表示当前代码有责任保持对象有效，并在不再需要时交回这份责任。MRC 下，使用 alloc、new、copy、mutableCopy 等方法族取得的对象通常带有拥有权，显式 retain 也增加持有，之后要与适当的 release 或延后的 autorelease 平衡。

方法族按语言规定识别，不是名称中任意出现 new 或 copy 字母就成立；接口也可以通过相应属性标注所有权。查看一个方法返回结果时，应按完整契约判断，不能只凭它看起来像工厂函数。

下面是明确使用 MRC 的示例：

// 本示例使用 MRC：以 -fno-objc-arc 编译。
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Token : NSObject
@end
@implementation Token
- (void)dealloc {
    printf("released\n");
    [super dealloc];
}
@end

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        Token *token = [[Token alloc] init];
        Token *alias = [token retain];
        [token release];
        printf("%s\n", [NSStringFromClass([alias class]) UTF8String]); // Token
        [alias release]; // released
    }
}

token 创建与 alias 的显式保留形成两份拥有责任，第一次释放不销毁对象，最后一次释放才执行 dealloc。这里不会因为两个 C 变量都写着同一指针，就自动产生或消除 MRC 持有。

ARC 根据变量的所有权限定、方法族、参数与返回约定，在编译过程中安排相应的持有和释放。优化器可以消除冗余操作，运行时还提供弱引用、返回值优化等支持，所以不能把 ARC 简化成“每行变量出现都插一次 retain/release”。

ARC 代码不能直接调用 retain、release、autorelease 或 [super dealloc]。需要释放文件、C 缓冲区等非 ARC 管理的资源时，仍然要遵守相应 API 的规则；ARC 不等于所有资源都自动关闭。

dealloc 用来释放对象负责的资源，但外部逻辑不应手工调用其他对象的 dealloc。页面离开时应停止的任务、观察或会话，最好有明确的结束接口；如果对象正因为某个长期任务而无法销毁，等待 dealloc 才取消任务就可能形成错误的生命周期依赖。

3. 强弱引用与清零

卡 · strong 与 weak 有什么区别？卡 · weak 引用是怎样自动变成 nil 的？

__strong 引用持有对象。__weak 引用不维持对象生命，目标进入销毁流程后，相关弱存储会被清空。__unsafe_unretained 也不拥有对象，但不会自动清零，目标消失后继续使用可能访问失效内存。

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        __weak NSObject *probe;
        @autoreleasepool {
            NSObject *owner = [NSObject new];
            probe = owner;
            printf("%d\n", probe == owner); // 1
        }
        printf("%d\n", probe == nil); // 1
    }
}

内层的 owner 提供强持有，probe 只用于观察。退出内层后，拥有关系与临时引用结束，弱引用不会阻止对象销毁。

弱引用的清零不是定期扫描整个进程，也不是把对象自己的地址改成零。以 Apple 开源 objc4-906.2 为例，可以沿以下关系理解：

1. 初始化或赋值弱引用时，运行时把弱存储位置登记到目标对象对应的记录中；重新赋值时要移除旧关系，再建立新关系。
2. 相关弱表按对象查到引用它的弱存储位置。记录的是需要更新的槽位，才能在对象销毁时找到这些变量。
3. 销毁过程清理登记的弱槽位，将其置为 nil，再移除相应记录。注册、读取和销毁之间需要同步，避免读到正在失效的目标。

具体表结构、分片方式和布局是运行时实现细节。普通业务依赖的保证是正确的弱引用语义，而不是某个哈希桶数量或固定偏移。

读取弱引用时，运行时需要保证读出的对象不会在当前需要的使用过程中突然失效。若回调里会多次访问它，常见做法是先读取成局部强引用，再检查非空并完成这段工作。该局部引用的使用范围越长，维持对象生命的范围也越长；具体回调示例见 Objective-C Block。

4. 自动释放池

卡 · autorelease pool 的作用与原理是什么？

自动释放池收集需要延后执行的释放操作，在退出相应池边界时处理。autorelease 不表示立刻销毁对象，也不表示把对象永久交给某个垃圾回收器。

为了直接观察登记与排空，下面同样明确使用 MRC：

// 本示例使用 MRC：以 -fno-objc-arc 编译。
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Token : NSObject
@end
@implementation Token
- (void)dealloc {
    printf("released\n");
    [super dealloc];
}
@end

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        @autoreleasepool {
            Token *token = [[[Token alloc] init] autorelease];
            printf("inside %s\n", [NSStringFromClass([token class]) UTF8String]);
        }
        printf("outside\n");
    }
}

输出依次为 inside Token、released、outside。创建取得的拥有权通过一次延后释放平衡，内层池排空时才执行它。如果其他地方还保留着一份拥有权，这次释放并不会让对象销毁。

ARC 仍然会与返回值约定、框架内部临时对象和 autorelease 机制配合，因此仍然需要自动释放池。一个对象写在 @autoreleasepool 花括号内部，不代表它一定登记进池；普通强变量的释放与池中待执行的释放，也不是同一种来源。

在 objc4-906.2 实现中，自动释放记录可以放入按线程管理的页结构，并通过边界标记区分嵌套池。退出池时从当前记录位置回退到相应边界，执行积累的释放，再处理不再需要的页。页容量、压缩和返回值优化会随实现变化，面试回答应先讲登记、边界与排空，不把固定页大小当作机制本身。

UIKit 的事件处理通常已经有池边界，但一次很长的处理循环可能在同一轮事件内积累大量临时对象。可以按合适批次建立内层池，以降低峰值内存；需要跨批次保留的结果则必须有独立强引用。自建线程和没有 UI 框架的命令行入口，也要明确池的建立与排空，不能假定每条线程都自动拥有同样的框架边界。

5. Core Foundation 桥接

卡 · bridge、bridge_retained 和 bridge_transfer 有什么区别？

桥接转换在兼容的 Objective-C 与 Core Foundation 类型之间转换引用，并表达相应的所有权处理。类型可以桥接，不等于所有名字相似的 Foundation 与 CF 类型都兼容。

转换	所有权变化	调用方责任
__bridge	不转移拥有权	保证原有拥有者在使用期间保持对象有效
__bridge_retained / CFBridgingRetain	获得交给 CF 一侧管理的拥有权	后续用相应 CF 释放规则平衡
__bridge_transfer / CFBridgingRelease	将已经拥有的 CF 引用交给 ARC 管理	不再为同一份拥有权重复调用 CFRelease

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(void) {
    @autoreleasepool {
        CFStringRef created = CFStringCreateWithCString(NULL, "Lin", kCFStringEncodingUTF8);
        NSString *managed = CFBridgingRelease(created);
        printf("%s\n", managed.UTF8String); // Lin

        CFStringRef owned = (__bridge_retained CFStringRef)managed;
        printf("%ld\n", (long)CFStringGetLength(owned)); // 3
        CFRelease(owned);
    }
}

CFStringCreateWithCString 按 Create 规则返回拥有的引用，CFBridgingRelease 把这份责任交给 ARC。之后的 __bridge_retained 又取得一份独立的 CF 侧责任，因此对应一次 CFRelease(owned)。两次转换不能抵消着看，要逐份计算当前代码拿到和交出的拥有权。

把一个借用的 CF 引用误交给 __bridge_transfer，可能导致多释放；拿到拥有引用却只 __bridge 而永不释放，则可能泄漏。桥接关键字也不会把不兼容的类型变兼容，仍需核对具体 API 的类型与所有权契约。

6. 属性原子性与线程安全

卡 · atomic 是否保证对象线程安全？

atomic 属性约定合成 getter、setter 的单次访问具备相应原子性。它不把多个访问拼成事务，也不保护属性指向对象的所有内部操作。

例如 counter.count += 1 通常包含读取、计算和写入；即使 getter 和 setter 都分别原子，两个线程仍可能都读到 1，各自写回 2，丢失一次更新。类似地，分别原子地写 firstName 和 lastName，不保证读者看到的两字段来自同一次业务更新。

若属性是一个可变数组，原子地取得数组引用也不意味着随后对数组执行添加、删除和遍历就是安全的。需要保护整个读改写过程或多字段不变量时，应使用合适的锁、串行队列或不可变快照；所有参与者还必须遵守同一套访问规则。

直接访问 ivar 会绕过访问器，手写 getter、setter 也必须自行履行声明的同步语义。nonatomic 适用于访问已经由外部隔离、或接口明确不支持并发的情形，但不能仅为减少开销就忽略真实并发访问。

7. 引用环与诊断

卡 · 引用计数为什么会产生循环引用，通常怎样处理？

强引用环使一组对象在失去外部用途后仍然互相拥有，引用计数无法仅凭“业务已经不使用”自动打破它。父对象与子对象、页面与回调、宿主与关联值都可能形成这样的关系。

处理时应先画出真正的拥有路径，再决定哪个方向只需要访问而不应拥有。弱委托、弱捕获、结束时清空回调或取消订阅都可能合适，但它们要对应具体生命周期，不是任意找一条边改弱。若对象本就应该由当前操作持有到完成，提前改弱还可能让工作丢失。

排查可以从 dealloc 是否发生、内存图中的持有路径以及临时对象峰值入手。retainCount 的观测会受框架、临时引用和优化影响，不能作为可靠的释放条件，也不能通过手工多调一次 release 来“试着修好”。

泄漏、峰值内存和悬垂引用是不同问题：泄漏需要解释为什么还被持有，峰值内存可能需要缩短批次或池边界，悬垂引用则要修正缺失的拥有关系与失效访问。定位原因后再选择措施，才能避免修复一种问题时制造另一种。

8 · 面试题卡片

先想答案，再翻面先在心里答一遍，再点开卡片对照参考回答。卡片之间可以左右切换，看完会回到这里。

逐张翻看 7 张 →

所有权与 ARC

ARC 与 MRC 有什么区别？

考察 1 点 · 相关 §2未标记

强弱引用与清零

strong 与 weak 有什么区别？

考察 1 点 · 相关 §3未标记

强弱引用与清零

weak 引用是怎样自动变成 nil 的？

考察 1 点 · 相关 §3未标记

自动释放池

autorelease pool 的作用与原理是什么？

考察 1 点 · 相关 §4未标记

Core Foundation 桥接

bridge、bridge_retained 和 bridge_transfer 有什么区别？

本站自测

考察 1 点 · 相关 §5未标记

属性原子性与线程安全

atomic 是否保证对象线程安全？

考察 1 点 · 相关 §6未标记

引用环与诊断

引用计数为什么会产生循环引用，通常怎样处理？

考察 1 点 · 相关 §7未标记

未标记的卡读完后明天进入复习；已标记的按状态安排

本页题目与参考回答

8.1 ARC 与 MRC 有什么区别？

考察重点：所有权规则、编译器插入与运行时配合。

相关内容：所有权与 ARC。

参考回答

两者都基于引用计数，MRC 要求开发者显式平衡拥有与释放，ARC 由编译器按所有权规则生成并优化相关操作。 ARC 还依赖运行时支持，但不是定期追踪不可达对象的 GC。它不自动解决强引用环，也不代替非对象资源的关闭；ARC 代码不能直接调用 retain、release 或 super dealloc。

8.2 strong 与 weak 有什么区别？

考察重点：拥有关系、对象存活与释放后状态。

相关内容：强弱引用与清零。

参考回答

strong 维持对象存活，weak 不拥有对象，并在目标销毁时被清零。 弱引用适合可以先消失的非拥有关系，使用时要处理 nil；需要在一段操作内保持有效，可以先读取为局部强引用。assign 或 __unsafe_unretained 不具有同样的自动清零保证。

8.3 weak 引用是怎样自动变成 nil 的？

考察重点：弱存储登记、销毁清理与同步。

相关内容：强弱引用与清零。

参考回答

运行时登记目标对象对应的弱存储位置，在对象销毁过程中清理并将这些槽位置 nil。 重新赋值需要维护旧关系与新关系，读取与销毁之间也需要协调，不能简单地把弱变量当作随时解引用的裸指针。具体哈希表和分片布局是版本实现细节，自动清零语义才是业务代码依赖的契约。

8.4 autorelease pool 的作用与原理是什么？

考察重点：延后释放、线程与嵌套边界、峰值内存。

相关内容：自动释放池。

参考回答

池记录需要延后执行的释放，在对应边界退出时排空；它不负责回收花括号内创建的所有对象。 Apple 运行时可用按线程管理的页和边界记录实现嵌套，排空时回退并执行释放。仍有强持有的对象不会因此销毁。ARC 仍会产生或接触 autorelease 对象，长循环可以按批次增加内层池降低临时对象峰值。

8.5 __bridge、__bridge_retained 和 __bridge_transfer 有什么区别？

考察重点：兼容类型转换与两侧拥有责任。

相关内容：Core Foundation 桥接。

参考回答

__bridge 只转换引用而不转移所有权，retained 取得交给 CF 一侧管理的拥有权，transfer 则把已有的 CF 拥有权交给 ARC。 retained 的结果之后需要相应 CF 释放，transfer 后不能再为同一份责任重复释放。还要先确认类型支持桥接，关键字不会修复类型不兼容或错误的借用关系。

8.6 atomic 是否保证对象线程安全？

考察重点：单次访问器、复合操作与对象内部状态。

相关内容：属性原子性与线程安全。

参考回答

不保证，它主要约束对应访问器的单次原子操作，不把整个对象或多个访问变成事务。 count += 1 仍可丢失更新，多字段仍可观察到不一致组合，可变对象内容也需要独立保护。需要让整个读改写或业务不变量受同一套锁、队列或快照机制保护。

8.7 引用计数为什么会产生循环引用，通常怎样处理？

考察重点：对象图、非拥有关系与主动结束。

相关内容：引用环与诊断。

参考回答

对象互相强持有时，即使外部不再使用，环内拥有关系仍然存在。 应根据实际所有权设置弱关系，或在完成、取消等明确时刻断开回调与订阅。不能只看变量名或 retainCount，也不能任意改弱；需要证明对象在使用期间有效，在不需要时能够结束。

9. 参考资料

• Apple：Memory Management Policy
• Clang：Objective-C Automatic Reference Counting
• Apple：Using Autorelease Pool Blocks
• Apple：Toll-Free Bridged Types
• Apple objc4-906.2：NSObject.mm
• Apple objc4-906.2：objc-weak.mm
• Apple：Declared Properties

来源：Coding 101 原文 · 免费阅读，引用请保留出处。内容使用说明