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2、tagged pointer.md

File metadata and controls

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Raw

Tagged Pointer

内存布局

在开始介绍Tagged Pointer之前我们先来介绍一下iOS程序的内存布局

TaggedPointer

  • 代码段：编译之后的代码
  • 数据段
    • 字符串常量：比如NSString *str = @"123"
    • 已初始化数据：已初始化的全局变量、静态变量等
    • 未初始化数据：未初始化的全局变量、静态变量等
  • 堆：通过alloc、malloc、calloc等动态分配的空间，分配的内存空间地址越来越大
  • 栈：函数调用开销，比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小
int a = 10;
int b;
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
		static int c = 20;
		static int d;
		int e;
		int f = 20;
		NSString *str = @"123";
		NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
		NSLog(@"\n&a=%p\n&b=%p\n&c=%p\n&d=%p\n&e=%p\n&f=%p\nstr=%p\nobj=%p\n",
		&a, &b, &c, &d, &e, &f, str, obj);
		return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
	}
}


/*
str = 0x105604068    //字符串常量
&a  = 0x105604d98    //已初始化的全局变量、静态变量
&c  = 0x105604d9c    //已初始化的全局变量、静态变量
&b  = 0x105604e64    //未初始化的全局变量、静态变量
&d  = 0x105604e60    //未初始化的全局变量、静态变量
obj = 0x608000012210 // 堆
&e  = 0x7ffeea5fcff4 // 栈
&f  = 0x7ffeea5fcff0 // 栈
*/

TaggedPointer1

Tagged Pointer

  • 从64bit开始，iOS引入了Tagged Pointer技术，用于优化NSNumber、NSDate、NSString等小对象的存储
  • 在没有使用Tagged Pointer之前， NSNumber等对象需要动态分配内存、维护引用计数等，NSNumber指针存储的是堆中NSNumber对象的地址值
  • 使用Tagged Pointer之后，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中
  • 当指针不够存储数据时，才会使用动态分配内存的方式来存储数据
  • objc_msgSend能识别Tagged Pointer，比如NSNumber的intValue方法，直接从指针提取数据，节省了以前的调用开销

TaggedPointer3

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {

		NSNumber *number1 = @4;
		NSNumber *number2 = @5;
		NSNumber *number3 = @(0xFFFFFFFFFFFFFFF);

		NSLog(@"\nnumber1=%p\nnumber2=%p\nnumber3=%p", number1, number2, number3);

	}
	return 0;
}

TaggedPointer2

在小对象的时候， 使用Tagged Pointer，NSNumber指针里面存储的数据变成了：Tag + Data，也就是将数据直接存储在了指针中，不在需要存取来获取值了。

思考

思考：这两段代码打印结果有什么区别？

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

for (int i = 0; i < 100; i++) {
	dispatch_async(queue, ^{
		self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
	});
}

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

for (int i = 0; i < 100; i++) {
	dispatch_async(queue, ^{
		self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
	});
}

我们运行下面一段代码

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
	for (int i = 0; i < 1000; i++) {
	dispatch_async(queue, ^{
		self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
	});
}

TaggedPointer4

我们查看打印结果：发现好像是在释放对象objc_release的时候发生崩溃的。

我们知道self.name的实现大概是这样的

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

应该就是在set方法时出现了线程安全问题造成了程序崩溃。想要解决，加锁就可以了

@synchronized (self) {
	self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
}

我们在来实现下面的代码

dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
	for (int i = 0; i < 100; i++) {
	dispatch_async(queue, ^{
		self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
	});
}

发现并没有出现问题。 我们分别打印abcdefghijk和abc字符串的类型。

NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
NSLog(@"\n[str1 class]=%@\n[str2 class]=%@",[str1 class],[str2 class]);

TaggedPointer5

根据打印发现str1是NSTaggedPointerString类型，是不通过set方法找对象的。

我们也可以在源码中找到相关实现，

  • 1、在NSObject.mm中查找retain方法的实现
- (id)retain {
	return ((id)self)->rootRetain();
}
  • 2、点击进入rootRetain方法，我们可以在里面找到if (isTaggedPointer()) return (id)this;也就是说如果是TaggedPointer类型，直接返回，不需要根据指针查找。

判断是否是TaggedPointer

我们点击isTaggedPointer方法

_objc_isTaggedPointer(const void * _Nullable ptr) 
{
	return ((uintptr_t)ptr & _OBJC_TAG_MASK) == _OBJC_TAG_MASK;
}
  • define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#if TARGET_OS_OSX && __x86_64__
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 0
#else
#   define OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS 1
#endif


#if OBJC_MSB_TAGGED_POINTERS
#   define _OBJC_TAG_MASK (1UL<<63)
#else
#   define _OBJC_TAG_MASK 1UL
#endif

在判断是否是TaggedPointer的时候，在iOS平台和MAC平台还是不太一样的

  • 1、iOS平台，需要把1向左移动63位，也就是最高有效位是1（第64bit）
  • 2、在Mac平台，最低有效位是1