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NSTimer,NSRunLoop,autoreleasepool,多线程的爱恨情仇

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iOS

引言

NSTimer内存泄漏真的是因为vc与timer循环引用吗？不是！

小伙伴们都知道，循环引用会造成内存泄漏，所谓循环引用无非就是强指针连成一个圈。但是，没连成圈的强指针引用同样可能造成内存泄漏，如NSTimer
注意：timer内存泄漏，部分童鞋认为是vc与timer循环引用造成的，这种说法是错误的！

正文

内存泄漏

NSTimer内存泄漏的坑很多人都遇到过，为避免内存泄漏，部分童鞋是这么做的：

- (void)dealloc {
    [_timer invalidate];
}

更有甚者是这么做的：

- (void)dealloc {
    [_timer invalidate];
    _timer = nil;
}

然而并没有什么...用！

通常会这么写：

@interface NSTimerExample ()
@property (nonatomic, weak) NSTimer *timer0;
@property (nonatomic, weak) NSTimer *timer1;
@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    {
        NSTimer *one = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.f target:self selector:@selector(tick:) userInfo:@"timer0" repeats:YES];
        _timer0 = one;
    }
}

+ (NSTimer *)scheduledTimerWithTimeInterval:(NSTimeInterval)ti target:(id)aTarget selector:(SEL)aSelector userInfo:(nullable id)userInfo repeats:(BOOL)yesOrNo

这句代码timer会强引用target，即timer强引用vc，然而vc并没有强引用timer，哪来的vc与timer循环引用？但是，如果vc没有强引用timer，timer是如何存活的？

其实，上句代码默认将timer加入到currentRunLoop中，currentRunLoop会强引用timer，而currentRunLoop就是mainRunLoop，mainRunLoop一直存活，所以timer可以存活

如，我们还会显式的这么写（这种runloop模式，在scrollview滑动时同样可以工作）：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    {
        NSTimer *one = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.f target:self selector:@selector(tick:) userInfo:@"timer1" repeats:YES];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:one forMode:NSRunLoopCommonModes];
        _timer1 = one;  
    }
}

回到问题，为啥vc的dealloc方法进不去？

关系图.png

从以上关系图可见，只要runLoop存活，vc必然存活，所以vc的dealloc方法自然就不会执行。因此，将timer的销毁方法放在dealloc中必然造成内存泄漏！

基于这种关系链，只要销毁两条线中的任意一条，就不会出现内存泄漏

所以出现了这种方案：

- (void)viewWillAppear:(BOOL)animated {
    [super viewWillAppear:animated];

    NSTimer *one = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.f target:self selector:@selector(tick:) userInfo:@"timer0" repeats:YES];
    _timer0 = one;
}

- (void)viewWillDisappear:(BOOL)animated {
    [super viewWillDisappear:animated];

    [_timer0 invalidate];
}

这样做简单粗暴，直接将两条线都销毁，确实没有内存泄漏，可以满足部分场景。但是如果在这个vc基础上push一个新vc，而原vc的定时器还要继续工作，这种方案显然无法满足需求。

虽然NSRunLoop提供了addTimer接口，但是并没有提供removeTimer接口，显然，runLoop与timer这条线无法直接销毁，所以只能从vc与timer持有关系入手。
(CFRunLoopRef有这种接口)

CF_EXPORT void CFRunLoopAddTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFRunLoopMode mode);
CF_EXPORT void CFRunLoopRemoveTimer(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopTimerRef timer, CFRunLoopMode mode);

思路很简单，以NSProxy为基类，创建一个weak proxy类，弱引用target即可，关系图如下：

新关系图.png

proxy弱引用vc，所以vc可以释放，当vc执行dealloc，在dealloc内部销毁timer即可

proxy可以这么写：

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface JKWeakProxy : NSProxy

@property (nonatomic, weak, readonly) id target;

+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END
@implementation JKWeakProxy

- (instancetype)initWithTarget:(id)target {
    _target = target;
    return self;
}

+ (instancetype)proxyWithTarget:(id)target {
    return [[self alloc] initWithTarget:target];
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel {
    return [_target methodSignatureForSelector:sel];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    if ([_target respondsToSelector:invocation.selector]) {
        [invocation invokeWithTarget:_target];
    }
}

- (NSUInteger)hash {
    return [_target hash];
}

- (Class)superclass {
    return [_target superclass];
}

- (Class)class {
    return [_target class];
}

- (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass {
    return [_target isKindOfClass:aClass];
}

- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass {
    return [_target isMemberOfClass:aClass];
}

- (BOOL)conformsToProtocol:(Protocol *)aProtocol {
    return [_target conformsToProtocol:aProtocol];
}

- (BOOL)isProxy {
    return YES;
}

- (NSString *)description {
    return [_target description];
}

- (NSString *)debugDescription {
    return [_target debugDescription];
}

@end

此时代码只要这样写就可以了：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    {
        JKWeakProxy *proxy = [JKWeakProxy proxyWithTarget:self];
        NSTimer *one = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.f target:proxy selector:@selector(tick:) userInfo:@"proxyTimer0" repeats:YES];
        _proxyTimer0 = one;
    }
}

- (void)dealloc {
    [_proxyTimer0 invalidate];
}

到这里，timer内存泄漏的坑已经完美解决。

再简单说说timer与runloop的组合使用

NSTimer && NSRunLoop && autoreleasepool && 多线程

前面已经说过如何在scrollview滑动时，让timer继续工作

  NSTimer *one = [NSTimer timerWithTimeInterval:1.f target:self selector:@selector(tick:) userInfo:@"timer1" repeats:YES];
  [[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:one forMode:NSRunLoopCommonModes];
  _timer1 = one;

简单说下NSRunLoopCommonModes，NSRunLoopCommonModes是一种伪模式，它表示一组runLoopMode的集合，具体包含：NSDefaultRunLoopMode、NSTaskDeathCheckMode、UITrackingRunLoopMode。由于含有UITrackingRunLoopMode，所以可以在滑动时继续工作。

多线程中又是如何使用timer的呢？

 {
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            JKWeakProxy *proxy = [JKWeakProxy proxyWithTarget:self];
            NSTimer *one = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.f target:proxy selector:@selector(tick:) userInfo:@"dispatchTimer0" repeats:YES];
            [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
            _dispatchTimer0 = one;
        });
    }

多线程中需要显示启动runloop，为啥？

我们无法主动创建runloop，只能通过[NSRunLoop currentRunLoop]、CFRunLoopGetCurrent()，[NSRunLoop mainRunLoop]、CFRunLoopGetMain()来获取runloop。除主线程外，子线程创建后并不存在runloop，主动获取后才有runloop。当子线程销毁，runloop也随之销毁。

上句代码为，获取子线程的runloop，并开启runloop，所以timer才可以正常运行。而在主线程中，mainRunLoop已经在程序运行时默认开启，所以不需要显示启动runloop。

问题又来了，runloop开启后，timer会一直在子线程中运行，所以子线程不会销毁，因此runloop无法自动停止，这似乎又是个死循环。既然无法自动停止，可以选择其他方式停止runloop

runUntilDate

  {
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            JKWeakProxy *proxy = [JKWeakProxy proxyWithTarget:self];
            NSTimer *one = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.f target:proxy selector:@selector(tick:) userInfo:@"dispatchTimer0" repeats:YES];
//            [[NSRunLoop currentRunLoop] run];

            NSDate *date = [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:5.f];
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:date];
            _dispatchTimer0 = one;
        });
    }

这样可以让runloop在5s后销毁，但是如果销毁时间不确定怎么办？

这涉及到runloop的运行机制：

runloop在指定mode模式下运行，每种mode至少要有一个mode item，如果runloop在某种mode模式下不含mode item，那么runloop直接退出。mode item有3种，分别为: Source/Timer/Observer，它们对应
CFRunLoopSourceRef/CFRunLoopTimerRef/CFRunLoopObserverRef。Source为事件源，Timer为时间触发器，Observer为观察者。

OK，了解这些之后现在可以销毁子线程了

invalidate

如果runloop在某种特停情况下要退出，由于上述代码runloop的mode item只有Timer，所以只要销毁timer，runloop就会退出

[_timer invalidate];

NSTimer并非真实的时间机制

什么意思？即NSTimer并非基于我们现实生活中的物理时间。似乎还不是太好懂，可以从以下几点理解：

timer需要在某种特定的runLoopMode下运行，如果当前mode为非指定mode，timer不会被触发，直到mode变成指定mode，timer开始运行
如果在指定mode下运行，但timer触发事件的时间点runloop刚好在处理其他事件，timer对应的事件不会被触发，直到下一次runloop循环
如果timer设置精度过高，由于runloop可能存在大量mode
item，timer精度过高极有可能timer对应处理事件时间点出现误差（精度最好不超过0.1s）

Tip: runloop的内部是通过dispatch_source_t和mach_absolute_time()控制时间的，因此要实现精确的定时器，应使用dispatch_source_t或者mach_absolute_time()。CADisplayLink在某种程度上也可以当做定时器，但与NSTimer一样，并不准确。由于默认刷新频率与屏幕相同，因此可以用来检测FPS

autoreleasepool

既然说到runloop，简单说下autoreleasepool。runloop会默认创建autoreleasepool，在runloop睡眠前或者退出前会执行pop操作
autoreleasepool的简单应用

NSLog(@"begin");
for (NSUInteger i = 0; i < 10000; i++) {
    NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello %zd", i];
    NSLog(@"%@", str);
}
NSLog(@"end");

before.gif

可以看到，内存一直在增加，并且for循环结束后，内存仍然不会释放

可以将代码加上autoreleasepool：

NSLog(@"begin");
    for (NSUInteger i = 0; i < 10000; i++) {
        @autoreleasepool {
            NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"hello %zd", i];
            NSLog(@"%@", str);
        }
    }
    NSLog(@"end");

after.gif
可以看到，内存几乎没有变化