weak的底层原理

weak 引用在 iOS 中通过维护一个全局的弱引用表来实现。当弱引用的对象被释放时，所有指向它的弱引用会被自动置为 nil，从而防止悬挂指针。

弱引用表（Weak Table）的键和值

理解弱引用表的键和值对于理解 weak 引用的底层机制非常重要。下面我详细解释一下这两个概念，并用示例和图表来说明。

键（Key）

• 对象指针（Object Pointer）：这是被 weak 引用的对象的内存地址。每个被 weak 引用的对象在弱引用表中都有一个对应的条目，其键就是这个对象的内存地址。

值（Value）

• 弱引用指针集合（Set of Weak Reference Pointers）：这是一个集合，包含了所有指向该对象的 weak 引用指针的地址。当一个对象有多个 weak 引用时，这些引用指针的地址都会记录在集合中。

具体示例

示例代码

Person *personInstance = [[Person alloc] init];
__weak Person *weakPerson1 = personInstance;
__weak Person *weakPerson2 = personInstance;

在这个示例中：

• personInstance 是一个 Person 对象的强引用。
• weakPerson1 和 weakPerson2 是 Person 对象的两个弱引用。

弱引用表表示

1. 创建弱引用时：
   • 假设 personInstance 的内存地址是 0x1000。
   • weakPerson1 的内存地址是 0x2000。
   • weakPerson2 的内存地址是 0x3000。

Weak Table:
+-------------------+-------------------+
| Object Pointer    | Weak Reference(s) |
+-------------------+-------------------+
| 0x1000            | [0x2000, 0x3000]  |  // personInstance is referenced by weakPerson1 and weakPerson2
+-------------------+-------------------+

在这个弱引用表中：

• 键 0x1000 是 personInstance 的内存地址。
• 值 [0x2000, 0x3000] 是一个集合，包含了所有指向 personInstance 的弱引用指针（weakPerson1 和 weakPerson2 的地址）。

对象释放时

当 personInstance 的引用计数变为零，系统准备释放该对象时，运行时会执行以下操作：

1. 找到所有弱引用：

   • 在弱引用表中查找键 0x1000，找到对应的值 [0x2000, 0x3000]。

2. 置 nil：

   • 将 0x2000 和 0x3000 地址上的值置为 nil。

3. 删除条目：

   • 从弱引用表中删除键 0x1000 的条目。

Weak Table (before release):
+-------------------+-------------------+
| Object Pointer    | Weak Reference(s) |
+-------------------+-------------------+
| 0x1000            | [0x2000, 0x3000]  |
+-------------------+-------------------+

Weak Table (after release):
+-------------------+-------------------+
| Object Pointer    | Weak Reference(s) |
+-------------------+-------------------+
| (nil)             | [nil, nil]        |  // personInstance 已被释放，weakPerson1 和 weakPerson2 被置为 nil
+-------------------+-------------------+

关键函数

在实现弱引用机制时，运行时系统使用以下关键函数：

libobjc 中的一系列 API

1. objc_initWeak：初始化一个弱引用，将其添加到弱引用表中。
2. objc_loadWeak：读取一个弱引用的值，确保在对象被释放后返回 nil。
3. objc_storeWeak：给弱引用赋值，并更新弱引用表。
4. objc_destroyWeak：销毁一个弱引用，并从弱引用表中移除对应的条目。

概述

弱引用表的键是被引用对象的内存地址，而值是一个集合，包含了所有指向该对象的弱引用指针的地址。当对象被释放时，运行时会在弱引用表中找到所有指向该对象的弱引用，并将它们置为 nil，然后删除对应的条目。通过这种机制，iOS 保证了 weak 引用的安全性和可靠性。