說起內存管理，看似老生常談，而真正掌握內存管理的核心其實並不簡單。ARC/MRR以及“誰分配誰就負責釋放”這種基本原則是很重要的，但不是本文要討論的重點。之前本人還沒在小站發過相關的文章，本篇文章中，我本人是想結合實際開發和調試中遇到的一些細節問題，來談談iOS的內存管理內在機制和調試方法。

上一篇文章已經是4月份的了，時間飛快又過去了好久，小站5月份沒有文章更新，罪過罪過。最近小站的站長我又轉換到新團隊新崗位，在支付寶做客戶端開發感受頗多，不過身在一個技術流團隊，工作很有挑戰，自己感覺很充實、很“幸福”。iOS開發當中的內存管理，可深可淺，一般應用程序開發過程當中可能並不需要關注太多，如果不是來到支付寶，也許就不會有這麼多心得來整理此文。

關於內存，我准備分為內存管理的基本原則、原理和調試方法、實際問題幾部分整理。那麼接下來我就和大家一起復習和稍微深入一下iOS的內存管理的原理和原則。

0. 概述

內存，簡單來說就是內部存儲，復雜來說要從馮·諾依曼計算機結構說起。馮·諾依曼結構，也稱做普林斯頓結構，目前和哈佛結構相對，指出了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備幾大部件組成。如今我們個人用的機器估計都是這個套路，而且運算器和控制器都合在一起，就是CPU，中央處理器。那麼內存就是CPU能直接讀寫訪問數據的地方（寄存器是在CPU內的，不算哈），有些朋友說誰誰誰的iPhone內存16G、64G，我只能說這個理解方法僅限於存儲部件放在手機裡（內）了，嚴格來講這算“外存”，我們要討論的不是這個。

馮·諾依曼結構還說了，內存是用來存啥的呢？指令+數據！（哈佛的恐怕就不一樣了）對於我們開發者來說，指令基本就是代碼邏輯，至於數據麼變量常量肯定都算是的了。

內存有多大？不大，現今主流的個人機器也就幾G的樣子。iPhone?  統統1G。

我們操作系統都是運行在內存之上的，1G好像不算大，所以為了支持多進程，也為了支持大程序，抽象的虛擬存儲的概念誕生了。

簡要的概念先陳述到這，下面詳細說。哦，對了，ARC和MRR我還是得提一下，這個要是真不知道還真的自己先去了解一下去。

1. 通用內存基本原理

說iOS的內存，有必要先看看一般的計算機都是怎麼干的，iPhone也是計算機，通用的道理一樣要遵循。這裡提兩方面：虛存的概念，內存內容的大致分布。

虛擬存儲系統。剛剛提到了，物理內存就那麼大點，但是還要跑多個程序，還要接受消耗很大內存的程序，這怎麼辦？涼拌。搞計算機的人都是很聰明的，在操作系統層面做了物理地址和邏輯地址之間的映射轉換，當然處理器硬件上也做了支持。一個程序在運行時，實際要用到的指令和數據都是很有限的，不可能從頭到尾同時用。那麼對於一個程序來說，假裝自己有非常大的空間，實際上只要有條理的把暫時要用到的部分放進物理內存供CPU訪問就好，這樣第二個問題解決了。那既然每個程序（進程）只用一小塊，那整個物理內存就可以分給多個程序（進程）用了，第一個問題也迎刃而解。當然，這樣做的前提是，數據和指令的動態進出，用完了的暫時不用的踢出內存，需要用的及時加載進來。這個具體的實現方式就多種多樣了，很多實現方式是在外存中開了個交換區供換入換出，但iOS可略有不同。

內存的大致分布。不久以前，我發了一篇文章整理了Mach-O文件的格式分析，裡面很復雜地放了好多東西，包括我們Build打包時的代碼和數據。而Mach-O文件正是我們開發內容的一個靜態展現形式，要想在運行的時候看樣子，就得看這文件裡包含的東西是怎麼放進內存的。Objective-C是基於C的，不放看下C程序進程的內存分布：

一個運行時進程的典型內存分布

最簡單來說分為兩大部分：指令+數據。再細分一點，五部分：代碼（指令），初始化數據區，未初始化數據區，堆，棧。

• 代碼（指令，text）就不用說了，最靜態的，就是只讀的東西；

• 初始化數據，簡單理解就是有初始值的變量、常量；

• 未初始化數據，只聲明未給值的變量，運行前統統為0，之所以單獨分出來，估計是性能考慮，因為這些東西都是0，沒必要放在程序包裡，也不用copy；

• 棧，程序運行記錄，每個線程，也就是每個執行序列各有一個（看crash log最容易理解），都是編譯的時候能確定好的，還有一個特點就是這裡面的數據可以不用指針，也不會丟；

• 堆，最靈活的內存區，用途多多，動態分配和釋放，編譯時不能提前確定，我們的Objective-C對象都是這麼來的，都存在這裡，通常堆中的對象都是以指針來訪問的，指針從線程棧中來，但不獨屬於某個線程，堆也是對復雜的運行時處理的基礎支持，還有就是ARC還是MRR、“誰分配誰釋放”說的都是堆上對象的管理；

其實，這個內存中的布局方式大部分操作系統中的大部分進程都是類似的。Objective-C的程序包對運行時有著復雜的支持和內容劃分，但也都是在這個大的框架下進行的。

2. iOS的內存管理

其實，iOS的內存管理和其它操作系統大同小異。這裡按照蘋果文檔所述，重點對堆內存分配整理下。

首先，iOS和其它系統一樣，內存分頁，每頁4K。多個頁構成一個region統一管理，負責管理的對象是VM object，其中包含了pager、size、resident pages等諸多屬性。

不管是Objective-C的[NSObject alloc]，還是C代碼的對內存分配，最終重任都會落到malloc庫上，釋放也是如此，最終都將使用malloc庫中的free()。

malloc庫中有很多malloc的同族函數可以動態分配內存，會結合參數在free pages中進行最適分配。如果分配的內存比較大，可以直接使用vm_allocate，得到一個VM對象（與Linux類似），這個在實際使用前不分配物理內存。malloc的內部實現都是開源的，感興趣的可以去了解去看。

此外，對於malloc，還有一個Zone的概念（貌似與Linux的概念不完全相同），可以簡單理解為一組free page單元，可以統一管理操作。默認情況，在第一次調用malloc時，系統會生成一個default zone，後續的默認分配在此進行。比如，malloc_zone_xxx()函數都是對特定的zone進行分配操作，執行zone->xxx()。

最後強調一下iOS特別需要注意的點：

當前的主流iPhone實際物理內存都不超過1G，可以說不算大。不過和Android機比起來，我不得不為蘋果的設計稱贊，1G空間利用得如此高效，性能不差，也控制了發熱。

那麼在這僅有的1G內存中，iOS的操作系統更是拋棄了不必要的復雜——系統層面不支持App內存頁換出。當內存吃緊時，對於可以重新載入的只讀數據來說，直接清理掉，而對於可寫的數據，只能通過App自己去管理維護。內存緊張時，iOS會向App發起memory warning，不配合釋放足夠內存者，殺！

App調試時的物理內存情況

上圖是使用Activity Monitor調試時的一個截圖，可以看到在盡量不釋放自身內存的情況下（為了bug調試特意這麼做的），支付寶錢包的內存可以做到502M物理內存占用。再稍微高一點點，系統就會連前台運行的App一起Kill掉。留下一個Unknown的log。

3. 其它

基本的原理就簡要整理到此，如下是一些參考：

• Memory Layout of C Programs

• Anatomyof a program in memory

• What and where are the stack and heap?

• Memory Usage Performance Guidelines

• A look at how malloc works on the Mac