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weak的实现原理

news 来源：原创 2025/5/17 20:16:56

其实好多技术我们用的都很多，但是如果展开其中的细节原理，不一定能说的清楚。今天就说一下我们常用的属性修饰词weak

例子

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, strong) Person *friend;
@end

@implementation Person
@end

int main() {
    Person *person1 = [[Person alloc] init];
    Person *person2 = [[Person alloc] init];
    
    person1.friend = person2;
    person2.friend = person1;
    
    // 使用 weak 防止循环引用
    __weak Person *weakPerson = person1;
    person1 = nil;  // 这里 person1 被释放，weakPerson 自动变为 nil
    
    NSLog(@"%@", weakPerson); // 输出：null
    
    return 0;
}

在这个例子中，person1 和 person2 之间互相引用。如果我们使用 strong 修饰符，它们会互相持有对方的强引用，从而形成循环引用，导致它们无法释放。但是，当我们将 person1 赋值给 weakPerson 后，weakPerson 不增加 person1 的引用计数，因此当 person1 被置为 nil 时，weakPerson 也会自动被置为 nil。

这背后的机制涉及 Side Table 结构和 objc_storeWeak、objc_loadWeak 这两个函数的作用。

核心数据结构

weak 机制主要依赖于两个核心的数据结构：SideTable 和 weak_table_t。

1. `SideTable`

在 Objective - C 运行时中，存在多个 SideTable 实例，这些实例被组织成一个全局的哈希表。每个 SideTable 结构体包含三个主要成员：

struct SideTable {
    spinlock_t slock;  // 自旋锁，用于保证线程安全
    RefcountMap refcnts;  // 引用计数表，记录对象的引用计数
    weak_table_t weak_table;  // 弱引用表，记录对象的弱引用信息
};

2. `weak_table_t`

weak_table_t 是 SideTable 中的弱引用表，其结构如下：

struct weak_table_t {
    weak_entry_t *weak_entries;  // 弱引用条目数组
    size_t    num_entries;  // 弱引用条目数量
    uintptr_t mask;  // 哈希表的掩码，用于计算哈希索引
    uintptr_t max_hash_displacement;  // 最大哈希冲突位移
};

weak_entries：是一个指向 weak_entry_t 数组的指针，每个 weak_entry_t 记录了一个对象的所有弱引用信息。
num_entries：表示当前弱引用条目的数量。
mask：用于计算对象在 weak_entries 数组中的哈希索引。
max_hash_displacement：记录了在处理哈希冲突时的最大位移量。

3. `weak_entry_t`

weak_entry_t 结构体用于存储一个对象的所有弱引用信息，其结构如下：

typedef struct weak_entry_t {
    DisguisedPtr<objc_object> referent;  // 被引用的对象
    union {
        struct {
            weak_referrer_t *referrers;  // 弱引用指针数组
            uintptr_t        out_of_line_ness : 2;  // 是否使用外部存储标志
            uintptr_t        num_refs : PTR_MINUS_2;  // 弱引用指针数量
            uintptr_t        mask;  // 哈希表的掩码，用于计算哈希索引
            uintptr_t        max_hash_displacement;  // 最大哈希冲突位移
        };
        struct {
            // 内联存储，用于存储少量弱引用
            weak_referrer_t  inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];
        };
    };
} weak_entry_t;

referent：是一个伪装指针，指向被引用的对象。
referrers：是一个指向 weak_referrer_t 数组的指针，weak_referrer_t 实际上就是 objc_object ** 类型，用于存储所有指向该对象的弱引用指针。
num_refs：记录了当前对象的弱引用指针数量。

实现流程

1. 弱引用的创建

当使用 __weak 修饰一个变量并指向一个对象时，会调用 objc_initWeak 函数，该函数的主要流程如下：

检查对象是否为 nil，如果为 nil，则直接将弱引用指针置为 nil。
调用 storeWeak 函数，在 SideTable 中查找对应的 weak_table_t，并在其中为对象创建一个 weak_entry_t 条目，将弱引用指针添加到该条目的 referrers 数组中。