iOS weak 关键字漫谈

weak 关键字的运用在 iOS 当中属于基础知识,在面试的时候问 weak 的用处,就像两个 iOS 程序员见面寒暄问候一样普通了。

weak 的常见场景是在 delegate,block,NSTimer 中使用,以避免循环引用所带来的内存泄漏,这是教科书式的用法。

编程语言是工具,语言特性只是工具的特性,工具怎么用在于使用者。weak 关键字的方便之处绝不局限于避免循环引用,适当脑洞,可以在其他场景下带来一些有趣的应用。

weak 的用处用一句话可归纳为:弱引用,在对象释放后置为 nil,避免错误的内存访问。用更通俗的话来表述是:weak 可以在不增加对象的引用计数的同时,又使得指针的访问是安全的。

weak singleton

之前见过一篇文章介绍了一个新 pattern 叫 「weak singleton」,原文出处点我。这种特殊的单例有一个有意思的特性:在所有使用该单例的对象都释放后,单例对象本身也会自己释放。我所见过的大部分单例使用场景,被创建都单例最后都会一直存活着,比如注册登录模块所需要共享状态所创建的 XXLoginManager,即使在用户注册成功进入主界面之后也不会被显式的释放,这在一定程度上会带来内存使用的浪费。所谓的「weak singleton」代码很简单:

+ (id)sharedInstance
{
    static __weak ASingletonClass *instance;
    ASingletonClass *strongInstance = instance;
    @synchronized(self) {
        if (strongInstance == nil) {
            strongInstance = [[[self class] alloc] init];
            instance = strongInstance;
        }
    }
    return strongInstance;
}

Controller A, B, C 都可以持有 ASingletonClass 的强引用,一旦 A,B,C 都销毁后,ASingletonClass 的单例对象也会随之销毁,略巧妙不是吗?

「weak singleton」这个漂亮名字背后其实只是简单而巧妙的利用了 weak 特性,sharedInstance 中的 weak 就像是一个智能管家,在无人使用 instance 之后就置为 nil 销毁,当 sharedInstance 再次被调用时,instance 又会重新被创建。

weak associated object

当我们需要给已有的功能模块添加新功能特性的时候,比如给所有的 UIViewController 添加一个 dumpViewHierarchy 方法,可以把当前 Controller 的 view 结构完整保存来下并上报服务器,我们有几种思路可供选择:

方案一:定义一个新的父类 DumpViewController,继承该父类的子类可以获得 dumpViewHierarchy 方法。

方案二:定义一个新的 DumpViewObject 类,已有的 Controller 只需要创建一个 DumpViewObject 对象,并调用 dumpViewHierarchy 方法,传入 self 即可。

方案三:给已有的 Controller 类添加一个 Category,XXController + DumpView,并在 Category 中实现 dumpViewController 方法,有时候我们还需要做一些状态保存,所以扩展性更好的办法是使用 associated object 给 Category 添加一个 DumpViewObject property,将 dumpView 相关的逻辑都写入 DumpViewObject 类中。

方案四:使用 AOP 的方式,利用 Objective C 的 rumtime 特性 hook 每个 Controller 的 dumpViewHierarchy 方法,并在当中实现相应逻辑。

方案一,二都对已有代码改动较大,方案四改动最小,神不知鬼不觉,dumpViewHierarchy 方法甚至可以不出现在 Controller 里面,但这也导致代码管理上比较松散。方案三是我个人比较推崇的方式,代码侵入少,同时方法调用逻辑也会出现在合适的地方,不少知名的第三方库都使用过这种方式来添加功能,比如 facebook 开源的 FBKVOController,就通过 associated object 的方式给每个 NSObject 对象添加了一个功能属性。

使用 associated object 的时候,有一些细节需要额外考虑。比如 property 是强引用还是弱引用,这个选择题取决于代码结构的设计。如果是强引用,则对象的生命周期跟随所依附的对象,XXController dealloc 的时候,DumpViewObject 也随之 dealloc。如果是弱引用,则说明 DumpViewObject 对象的创建会销毁由其他对象负责,一般是为了避免存在循环引用,或者由于 DumpViewObject 的职责多于所依附对象的需要,DumpViewObject 有更多的状态需要维护处理。

associated object 本身并不支持添加具备 weak 特性的 property,但我们可以通过一个小技巧来完成:

- (void)setContext:(CDDContext*)object {
    id __weak weakObject = object;
    id (^block)() = ^{ return weakObject; };
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(context), block, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
}

- (CDDContext*)context {
    id (^block)() = objc_getAssociatedObject(self, @selector(context));
    id curContext = (block ? block() : nil);
    return curContext;
}

添加了一个中间角色 block,再辅以 weak 关键字就实现了具备 weak 属性的 associated object。这种做法也印证了软件工程里一句名言「We can solve any problem by introducing an extra level of indirection」。

类似的用法还有不少,比如 NSArray,NSDictionary 中的元素引用都是强引用,但我们可以通过添加一个中间对象 WeakContainer,WeakContainer 中再通过 weak property 指向目标元素,这样就能简单的实现一个元素弱引用的集合类。

编程语言一直处于进化当中,语言的设计者会站在宏观的角度,结合行业的需要,添加更多的方便特性,如果只是记住官方文档里的几个应用场景,而不去思考背后的设计思路,则很难写出有想象力的代码。