Obj-C 内存管理细节和多线程
引用计数的实现
iOS 中内存管理的部分是由 NSObject 类实现的。Foundation 框架并没有开源，但是 Cocoa 的互换框架 GNUstep 是开放源码的。互换框架是指，虽然实现的机制可能不一样，但对使用者来说，他们的行为应该是一致的。
首先来看 GNUstep 中是怎么做的：
在 alloc 时，会给对象分配一个 NSZone 作为内存空间。把对象的内存空间置为全 0，并在其头部加上引用计数字段，保存它的引用计数值。retain 方法将使这个值加一，而 release 方法将使它减一。而在 release 方法中，每次都会去判断此时的引用计数是不是 0。如果到了 0，则调用 dealloc 方法把对象的空间释放掉。
其中，NSZone 是为了防止内存碎片化而引入的结构。但是，现代运行时系统的内存管理本身效率已经很高，使用区域（Zone）来管理内存反而会引起内存使用效率低下及源代码复杂化等问题，所以区域已经单纯地被忽略了。
而苹果的实现与它不太一样。苹果使用了一个哈希表（引用计数表）来管理引用计数。表的 key 为内存块地址的哈希值。这样带来的好处有：
- 对象的内存块不用再考虑预留头部记录引用计数。
- 引用计数表中存有对象的内存块地址，可以通过记录追溯到内存块。
在利用工具检测内存泄露时，引用计数表的记录也有助于检测各对象的持有者是否还存在。
ARC 模式下的 AutoRelease
在 ARC 下，[obj autorelease]; 不允许被调用，但是可以显示地给对象添加修饰符：
1 | @autoreleasepool { |
但是这种情况就与显示地声明 __strong 一样罕见（对象默认就是强引用）。因为编译器会判断方法名是否以 alloc / new / copy / mutableCopy 开头，如果不是，则自动地将返回值的对象注册到 autoreleasepool 中。这也是为什么 OC 中自己定义的函数一般不要以这些单词开头的原因。
所有标记了 weak 修饰符的对象也都会被注册到自动释放池中。这是因为它只持有对象的弱引用，而在访问引用对象的过程中，该对象有可能被废弃。如果添加到自动释放池中，在 @autoreleasepool 结束前，都能确保该对象存在。
C 语言的结构体
C 语言的结构体（struct / union）中的成员变量不能时 OC 的对象，否则会引起编译错误。这是因为 C 语言并没有方法来管理结构体成员的生命周期。
如果一定要用，可以把对象强制转化成 void *，或者附加 __unsafe_unretained 修饰符。正如该修饰符的名称，该变量不在编译器所管理的对象之中，因此不安全，一切都需要程序员手动管理。
__weak 修饰符
附有 __weak 修饰符的变量所引用的对象一旦被废弃，则该变量会被自动赋值为 nil，这是怎么实现的呢？
原来，系统会调用一个 objc_storeWeak 的方法，把变量存储进一个 weak 表中。weak 表与引用计数表很像，也是一个哈希表，同样以赋值对象的地址作为 key。当对象被废弃时，会从 weak 表中查找以废弃的对象地址作为 key 的记录，把包含在记录中的所有赋有 weak 关键字的对象的地址找到，并给这些变量赋值为 nil。之后，从 weak 表和引用计数表中删除对应的记录。
从上面的过程中可以看到，如果大量的 weak 对象被废弃，将会消耗更多的 CPU 资源。因此建议只有在必需的情况下使用 weak 来修饰变量。
什么是线程
一个 CPU 一次只能执行一个命令，虽然有时命令列的地址会发生迁移，但它永远不可能在某处分开而产生并列执行两条指令的情况。这条无分叉的路径就被称为线程。
但是，当这样的无分叉路经不只一条时，就被称为“多线程了”。
OS X 和 iOS 的 XNU 内核每隔一段时间会切换执行路经。例如将 CPU 的寄存器等信息保存到各个路径专用的内存块中，再复原目标路径内存块中的信息，来切换不同的路径。这被称为“上下文切换”。反复切换时，看上去就是一个 CPU 能并列地执行多个线程一样。当然，如果计算机本身就有多核 CPU，那么就可以真正的使用多个 CPU 核心并行地执行多线程程序。
两种 Dispatch Queue
| 种类 | 说明 |
|---|---|
| Serial Dispatch Queue | 等待现在执行中处理结束 |
| Concurrent Dispatch Queue | 不等待现在执行中处理结束 |
例如，当 queue 为 serial 类型时，会 1 2 3 4 5 这样等待一个任务执行完后再执行下一个任务。而如果为 concurrent 类型时，就会并行执行多个任务。不过，具体开启几个线程由操作系统根据处理数、CPU 核心数、当前 CPU 负载等状态来决定。
这里，如果创建了多个 queue，这多个 queue 则是并行执行的。虽然在 1 个 Serial Queue 中只能同时执行 1 个处理，但是如果有多个 queue，每个 queue 之间就同时执行了。你可以添加任意多个 queue，从而突破限制，发起任意多个线程。当然，开启的线程数量越多，消耗的内存也就越多。大量的上下文切换也会大幅降低系统的响应性能。
为了避免多个线程竞争数据，可以使用 Serial Dispatch Queue。
生成的 queue 需要自己释放，而不能通过 ARC 自动释放。不过一般不需要我们自己创建 queue，因为系统给我们提供了两个队列：Global Dispatch Queue 和 Main Dispatch Queue。显然，Global 时 Concurrent 的，而 Main 是 Serial 的。
dispatch_barrier_async
多个线程读取文件时是安全的，但是当写入时就会出现问题。使用 dispatch_barrier_async 函数，可以等待追加到 concurrent queue 上的并行处理都执行完之后，再来执行特定的处理。在这个函数执行完后，queue 又恢复成一般的动作。
利用这个函数可以高效的实现文件访问。
sync
dispatch_sync 函数在指定的处理执行结束前不会返回。因此下面的情况会造成死锁：
1 | dispatch_queue_t queue = dispatch_get_main_queue(); |
该段代码在主线程执行 block，并等待它结束。而主线程正在执行这段代码，又在等待它返回，就造成了死锁。
所以在用此函数时要特别小心构成死锁。
挂起和恢复
可以用以下两个函数：
1 | dispatch_suspend(queue); |
信号量
通过 Dispatch Semaphore 可以进行排它控制，或用来限制最多执行的线程数。
dispatch-semaphore_create(信号量) 用来创建信号量，如果信号量小于 0 会返回 NULL。
dispatch_semaphore_wait(信号量, 等待时间) 用来等待计数值大于或等于 1。计数值等于 0 时等待。DISPATCH_TIME_FOREVER 表示永久等待。
dispatch_semaphore_signal(信号量) 用于提高信号量。
我们一般在执行一段任务时，先用 wait 来等待（如果该函数返回 0，代表计数值大于等于 1，同时会把计数值降低 1）。在任务结束时，用 signal 来把信号量加一。
dispatch_once
该函数保证了引用程序执行中只执行一次特定的处理。我们可以利用这个函数来生成单例对象，实现单例模式。