Android 自己的智能指针

在 Android 系统中，强指针模板类（sp<T>） 是一种基于引用计数的智能指针实现，专门用于管理对象的生命周期。它被广泛用于 Android Framework 的底层（Native 层/C++ 代码），尤其是与 Binder 通信相关的模块。

1. sp<T> 的定义与作用

• 模板类：sp<T> 是一个模板类（定义在 <utils/StrongPointer.h> 中），通过泛型支持任意类型的对象。
• 强引用语义：通过引用计数（Reference Counting）跟踪对象的使用情况，确保对象在不再被任何指针引用时自动释放内存。
• 设计目标：解决 Android 系统中 Native 层对象生命周期管理的复杂性，避免内存泄漏和野指针问题。

2. 强指针服务对象

引用计数机制

• 每个被 sp<T> 管理的对象必须继承自 RefBase 类（定义在 <utils/RefBase.h>）。
• RefBase 提供了两个引用计数器：
  • 强引用计数（Strong Count）：由 sp<T> 管理，归零时对象被销毁。
  • 弱引用计数（Weak Count）：由 wp<T>（弱指针）管理，归零时对象的控制块被释放（但对象内存可能已被强引用释放）。

sp<T> 的实现原理

1. 构造 sp<T>
   当 sp<T> 指向一个对象时，会调用 RefBase::incStrong() 增加强引用计数。

   template<typename T>
   sp<T>::sp(T* other) : m_ptr(other) {
       if (other) other->incStrong(this);
   }
   

2. 析构 sp<T>
   当 sp<T> 超出作用域或被重置时，调用 RefBase::decStrong() 减少强引用计数。若计数归零，销毁对象。

   template<typename T>
   sp<T>::~sp() {
       if (m_ptr) m_ptr->decStrong(this);
   }
   

3. 赋值与拷贝
   拷贝或赋值操作会调整引用计数，确保新旧指针的正确管理：

   sp<ProcessState> p1 = new ProcessState(); // 强引用计数=1
   sp<ProcessState> p2 = p1;                 // 强引用计数=2
   

3. sp<T> 与 RefBase 的关系

• 对象必须继承 RefBase
  只有继承自 RefBase 的类才能被 sp<T> 管理。例如：

  class ProcessState : public virtual RefBase {
      // ...
  };
  

• RefBase 的关键方法

  • incStrong()：增加强引用计数。
  • decStrong()：减少强引用计数，可能触发对象销毁。
  • onFirstRef()：当强引用计数从 0 变为 1 时调用（首次被引用）。
  • onLastStrongRef()：当强引用计数归零时调用（即将销毁）。

4. 使用场景示例

示例 1：Binder 代理对象的生命周期管理

在 Binder 通信中，客户端通过 sp<IBinder> 持有服务端的代理对象：

// 获取 ServiceManager 的代理
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();

// 获取 BatteryService 的 Binder 代理对象
sp<IBinder> binder = sm->getService(String16("battery"));

// 将 IBinder 转换为具体的服务接口
sp<IBatteryService> batteryService = interface_cast<IBatteryService>(binder);

• sp<T> 确保代理对象在不再被使用时自动释放。

示例 2：单例模式的资源管理

在 ProcessState 单例中，使用 sp<T> 确保全局唯一实例的正确释放：

sp<ProcessState> ProcessState::self() {
    static sp<ProcessState> gProcess(new ProcessState);
    return gProcess;
}

5. sp<T> vs C++ 标准智能指针

特性	sp<T> (Android)	std::shared_ptr<T> (C++11)
依赖对象基类	必须继承 RefBase	无要求（通过 std::enable_shared_from_this 可选）
性能优化	为嵌入式系统优化，轻量级	通用实现，可能略重
线程安全	引用计数操作是原子的（线程安全）	默认线程安全（依赖实现）
弱指针支持	通过 wp<T> 实现	通过 std::weak_ptr<T> 实现
内存开销	每个对象附带 RefBase 的控制块	每个 shared_ptr 有单独的控制块

6. 注意事项

1. 循环引用
   sp<T> 无法自动处理循环引用（如对象 A 持有 sp<B>，对象 B 持有 sp<A>），需结合 wp<T>（弱指针）打破循环。

2. 继承 RefBase
   若类未继承 RefBase，使用 sp<T> 会导致编译错误。

3. 跨模块传递
   确保对象的所有权通过 sp<T> 明确传递，避免裸指针（T*）脱离智能指针管理。

4. 线程安全
   虽然 sp<T> 的引用计数操作是原子的，但对象本身的线程安全性需开发者自行保证。