iOS weak 的底层实现原理

在 iOS 开发中，weak property 或者是 __weak 修饰的变量，在对象释放后，变量会自动置为 nil。delegate 模式、block 中 weak strong dance 都会用到。

比如，声明一个 weak 的 delegate。

1	@property (nonatomic, weak) id delegate;

weak 用的好可以避免内存泄漏和野指针崩溃。weak 有这么大的作用，底层具体是咋实现的呢？本文探讨下 weak 的底层实现原理。

初探 weak 实现

首先通过汇编来看下，底层怎么实现的。先写几行代码。

{
    id referent = [NSObject new];
    __weak id weakObj = referent;
    NSLog(@“%@“, weakObj);
}

在 Xcode 中勾选 Debug -> Debug Workflow -> Always Show Disassembly，然后在 NSLog 行加个断点，运行之后可以看到这样一段汇编代码：

这里可以看到 3 个 weak 相关的函数，很容易对应到刚刚的三行代码中。

{
    id referent = [NSObject new];

    // __weak id weakObj = referent;
    __weak id weakObj;
    objc_initWeak(&weakObj, referent);

    // NSLog(@"%@", weakObj);
    NSLog(@"%@", objc_loadWeak(&weakObj));
    
    // weakObj 离开作用域，销毁
    objc_destroyWeak(&weakObj);
}

知道这三个函数那就好说了，从 github 上可以下载到 runtime 的源码来研究。GitHub - opensource-apple/objc4

底层存储结构

这里不过多的粘贴源码，简单介绍下 weak 底层的存储结构。

先解释两个单词，referent 是指 weak 变量指向的对象，referrer 是指 weak 变量。

最外层是一个 StripedMap，以 referent 实例地址作为 key，通过哈希，平均映射到 64 个 SideTable 中。
SideTable 中最关键的一个成员是 weak_table，weak_table 的成员 weak_entries 是一个 weak_entry_t 结构体数组，每一个 weak_entry_t 结构体都保存着 referent 地址和指向这个 referent 的所有 weak 变量地址，也就是 referrers 数组。

runtime 源码解释

了解了结构，再来单独聊聊刚刚在汇编中看到的几个函数。

objc_initWeak
通过 referent 去找 SideTable，再遍历 weak_entries 找到对应的 weak entry（ weak_entry_t 结构体），将 weak 变量地址添加到对应的 referrers 数组中。当然，如果没有找到 weak entry，会创建一个。
objc_loadWeak
本身 weak 变量已经指向了 referent。objc_loadWeak 内部检查是否是 tag pointer、是否允许 weak reference 等等条件。并查找是否有对应的 weak entry，如果能找到且各种条件满足，则返回 referent 地址，否则返回 nil。

⚠️ 这里返回的 referent 地址，在 runtime 层已经 retain & autorelease。

objc_destroyWeak
这个函数就是 objc_initWeak 的反向操作，把 weak 变量指针从 referrers 数组中移出。如果 referrers 数组为空，那么也顺带会移除 weak entry。

讲了这么多，那这些 weak 指针置为 nil 的逻辑在哪里呢？
从 NSObject 的 dealloc 源码入手，可以看到最后调用到了 weak_clear_no_lock 方法。

weak_clear_no_lock
这个函数主要逻辑是找到对应的 weak entry，遍历 referrers 数组，将所有的 weak 变量都置为 nil，再将 weak entry 移除掉。