ARC, weak, unowned и циклы ссылок

Управление памятью это обязательная часть любого iOS-собеса, от junior до senior. Junior должен объяснить цикл ссылок, senior рассказать, как устроены weak-ссылки и что происходит при освобождении объекта.

Как работает ARC

ARC (Automatic Reference Counting) считает сильные ссылки на объекты классов. Компилятор вставляет retain при появлении новой ссылки и release при её исчезновении. Когда счётчик сильных ссылок падает до нуля, вызывается deinit и объект уничтожается.

final class Resource {
    deinit { print("освобождён") }
}
var a: Resource? = Resource()
var b = a       // 2 сильные ссылки
a = nil         // 1
b = nil         // 0: "освобождён"

Отличия от сборщика мусора (Java, Kotlin):

• освобождение детерминированное, сразу после исчезновения последней ссылки;
• нет пауз и фонового потока сборщика, пиковое потребление памяти ниже;
• циклы ссылок ARC не собирает, разрывать их обязан разработчик;
• retain/release атомарные и стоят времени, оптимизатор убирает лишние пары.

Структуры и enum не считаются, но если в них лежат ссылки (классы, буферы массивов и строк, замыкания), копия структуры делает retain каждой из них.

Цикл сильных ссылок

final class Owner { var pet: Pet? }
final class Pet { var owner: Owner? }   // сильная обратная ссылка

let o = Owner(), p = Pet()
o.pet = p
p.owner = o
// после выхода из области оба объекта останутся в памяти навсегда

Решение: одна из ссылок не должна удерживать объект.

weak и unowned

	weak	unowned
Удерживает объект	нет	нет
Тип	всегда опционал, var	не опционал
После освобождения	становится nil	обращение вызывает крэш
Когда	объект может исчезнуть раньше	объект гарантированно живёт дольше ссылки

Классика weak: делегаты, обратные ссылки на родителя, [weak self] в сетевых колбэках. Классика unowned: дочерний объект ссылается на владельца, который его создал и хранит.

Где возникают циклы на практике

1. Делегат объявлен сильным. Контроллер держит view, view держит контроллер как делегата.
2. Замыкание в свойстве захватывает self. onTap = { self.reload() }.
3. Таймер. Timer.scheduledTimer(target: self, ...) удерживает target, а run loop удерживает таймер. Инвалидация в deinit не сработает: deinit не наступит. Используйте блочный API с [weak self] или инвалидируйте при уходе с экрана.
4. NotificationCenter с блоком. Центр держит замыкание, пока не вызван removeObserver(token). Автоматическая отписка с iOS 9 касается только селекторного API.
5. Combine. sink { self.value = $0 }.store(in: &cancellables), где cancellables свойство того же объекта.
6. Двусвязный список или дерево с ссылкой на родителя.

Что происходит при освобождении

Когда счётчик сильных ссылок становится нулём:

1. Объект переходит в состояние деинициализации: weak-ссылки уже возвращают nil, обращение через unowned вызывает trap.
2. Выполняется deinit подкласса, затем суперкласса.
3. Освобождаются хранимые свойства (отсюда каскад: освободился владелец, освободились его поля).
4. Память объекта возвращается, когда не осталось unowned-ссылок.

Side table. С Swift 4 при первой weak-ссылке объекту создаётся побочная таблица счётчиков, и weak-ссылки указывают на неё, а не на объект. Поэтому объект освобождается сразу, а маленькая таблица живёт, пока есть weak-ссылки. В Objective-C runtime weak-ссылки хранились в глобальной хеш-таблице.

autoreleasepool

Swift-объекты освобождаются сразу. Но Objective-C API могут возвращать autoreleased-объекты, которые живут до осушения пула. В длинном цикле обработки картинок это даёт пики памяти:

for url in urls {
    autoreleasepool {
        let image = UIImage(contentsOfFile: url.path)
        process(image)
    }
}

Как искать утечки

• Memory Graph Debugger в Xcode: граф объектов, кто кого держит, отметки на утечках.
• Instruments: Leaks для недостижимой памяти, Allocations с поколениями для роста.
• Лог в deinit и сценарий «открыть и закрыть экран 5 раз».
• Тест: держать слабую ссылку на объект и проверить в teardown, что она стала nil.

Частые ошибки

• Ставить unowned в асинхронных колбэках.
• Инвалидировать таймер в deinit.
• Думать, что DispatchQueue.main.async { self... } создаёт цикл.
• Забывать отписываться от блочных наблюдателей.

Что спросят на собесе

• Как работает ARC и чем он отличается от сборщика мусора?
• Чем weak отличается от unowned, когда что использовать?
• Где возникают циклы ссылок и как их найти?
• Что выведет код с deinit и слабой обратной ссылкой?
• Как устроены weak-ссылки (side table) и когда освобождается память объекта?