Objective-C中的Block内存循环引用解决方案

一、Block 内存循环引用问题的产生背景

在 Objective - C 开发中，Block 是一种强大的编程结构，它允许我们将代码片段作为对象进行传递和使用。然而，当 Block 与对象之间的内存管理关系处理不当时，就容易出现内存循环引用问题。这种问题会导致对象无法被正常释放，从而造成内存泄漏。

例如，常见的场景是在视图控制器中使用 Block 来处理网络请求的回调。假设我们有一个视图控制器 ViewController，它持有一个网络请求的对象 NetworkRequest，并且在 NetworkRequest 的实例方法中接受一个 Block 作为请求完成的回调。如果这个 Block 中使用了 ViewController 的实例变量或者直接引用了 ViewController 本身，而 NetworkRequest 又被 ViewController 持有，就很可能形成循环引用。

二、Block 内存循环引用的本质分析

1. 对象之间的强引用关系 在 Objective - C 中，默认情况下对象之间的引用是强引用（__strong）。当一个对象 A 持有另一个对象 B 的强引用时，只要 A 存活，B 就不会被释放。在 Block 的使用场景中，如果 Block 捕获了某个对象（默认是强引用捕获），并且这个 Block 又被该对象持有，就会形成双向的强引用关系，导致两个对象都无法被释放。

例如，考虑以下简单代码：

@interface MyObject : NSObject
@property (nonatomic, copy) void(^block)(void);
@end

@implementation MyObject
- (void)setupBlock {
    self.block = ^{
        NSLog(@"Inside block, self is %@", self);
    };
}
@end

在上述代码中，MyObject 的实例 self 创建并持有了 block，而 block 又强引用捕获了 self，这样就形成了循环引用。

2. Block 的捕获机制 Block 捕获变量分为自动变量（局部变量）和对象实例变量。对于自动变量，Block 默认是值捕获，即复制一份到 Block 内部。但对于对象实例变量，Block 会强引用捕获。这是因为 Block 可能在对象生命周期的不同阶段执行，如果不进行强引用捕获，当对象被释放后，Block 再访问相关变量就会导致野指针错误。然而，这种强引用捕获机制在特定场景下容易引发循环引用问题。

三、解决 Block 内存循环引用的常用方法

1. 使用 __weak 修饰符
   • 原理：__weak 修饰符创建的是弱引用，即不增加对象的引用计数。当对象被释放时，指向该对象的所有 __weak 指针会自动被设置为 nil，从而避免了循环引用。
   • 代码示例：

@interface ViewController : UIViewController
@property (nonatomic, strong) NSObject *dataObject;
@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.dataObject = [[NSObject alloc] init];
    self.dataObject.block = ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        if (strongSelf) {
            NSLog(@"Inside block, self is %@", strongSelf);
            // 这里可以安全地使用 strongSelf
        }
    };
}
@end

在上述代码中，首先通过 __weak typeof(self) weakSelf = self; 创建了一个对 self 的弱引用 weakSelf。在 Block 内部，又通过 __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf; 创建了一个强引用 strongSelf。这样做的好处是，在 Block 执行期间，如果 self 没有被释放，strongSelf 会保持 self 的存活，确保 Block 能正常访问 self 的属性和方法。而当 self 有可能被释放时，由于 weakSelf 是弱引用，不会阻止 self 的释放，从而避免了循环引用。

2. 使用 __unsafe_unretained 修饰符
   • 原理：__unsafe_unretained 同样创建的是弱引用，与 __weak 不同的是，当对象被释放时，指向该对象的 __unsafe_unretained 指针不会被自动设置为 nil，而是成为野指针。因此使用 __unsafe_unretained 存在野指针访问的风险，在使用时需要特别小心。
   • 代码示例：

@interface AnotherViewController : UIViewController
@property (nonatomic, strong) NSObject *anotherDataObject;
@end

@implementation AnotherViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __unsafe_unretained typeof(self) unsafeSelf = self;
    self.anotherDataObject = [[NSObject alloc] init];
    self.anotherDataObject.block = ^{
        if (unsafeSelf) {
            NSLog(@"Inside block, self is %@", unsafeSelf);
            // 这里使用 unsafeSelf 需要确保 self 没有被释放
        }
    };
}
@end

在这个示例中，通过 __unsafe_unretained typeof(self) unsafeSelf = self; 创建了对 self 的 __unsafe_unretained 引用。在 Block 内部访问 unsafeSelf 时，需要手动检查 unsafeSelf 是否为 nil，以避免野指针错误。由于存在这种风险，在现代的 Objective - C 开发中，__weak 通常是更推荐的选择，除非在一些对性能要求极高且能严格控制对象生命周期的场景下，才会考虑使用 __unsafe_unretained。

3. 在合适的时机断开引用
   • 原理：通过在对象生命周期的适当阶段，手动断开可能导致循环引用的强引用关系，从而打破循环。
   • 代码示例：

@interface DisconnectViewController : UIViewController
@property (nonatomic, strong) NSObject *disconnectObject;
@end

@implementation DisconnectViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.disconnectObject = [[NSObject alloc] init];
    self.disconnectObject.block = ^{
        NSLog(@"Inside block, self is %@", self);
    };
}

- (void)dealloc {
    self.disconnectObject.block = nil;
    NSLog(@"DisconnectViewController deallocated");
}
@end

在上述代码中，在 DisconnectViewController 的 dealloc 方法中，将 self.disconnectObject.block 设置为 nil，这样就断开了 self.disconnectObject 对 Block 的引用，同时 Block 对 self 的引用也会随着 Block 的释放而消失，从而打破了循环引用。这种方法的关键在于准确把握断开引用的时机，通常在对象即将被释放（如 dealloc 方法中）进行操作。但需要注意的是，如果在对象生命周期中过早地断开引用，可能会导致 Block 无法正常执行其预期功能。

四、不同解决方案的适用场景分析

1. __weak 的适用场景

   • 通用场景：__weak 适用于大多数需要避免 Block 内存循环引用的场景。在视图控制器与内部使用的 Block 之间，如果 Block 可能捕获视图控制器实例，使用 __weak 是一种简单而安全的方式。例如，在处理网络请求回调、动画完成回调等场景中，__weak 能够有效地避免循环引用，同时保证在 Block 执行期间对象的稳定性。
   • 与 ARC 配合：由于 __weak 是 ARC（自动引用计数）环境下的特性，与 ARC 机制紧密配合，能够自动处理对象释放时指针的置 nil 操作，大大减少了开发者手动管理内存的负担。因此，在 ARC 项目中，__weak 是首选的解决方案。

2. __unsafe_unretained 的适用场景

   • 性能敏感场景：在一些对性能要求极高的场景下，如底层框架开发或者对内存开销极度敏感的应用部分，__unsafe_unretained 可能会被考虑使用。因为 __weak 会带来一定的性能开销，主要体现在对象释放时需要对所有指向该对象的 __weak 指针进行置 nil 操作。而 __unsafe_unretained 没有这个额外开销，在性能关键路径上可能更具优势。
   • 严格控制对象生命周期的场景：当开发者能够严格控制对象的生命周期，确保在使用 __unsafe_unretained 引用的对象时，该对象不会被释放，__unsafe_unretained 可以作为一种选择。例如，在一些单例模式或者对象生命周期非常明确且不会提前释放的场景中，使用 __unsafe_unretained 可以在避免循环引用的同时，减少性能开销。

3. 断开引用的适用场景

   • 对象生命周期明确且可控制：当对象的生命周期非常明确，并且在对象即将被释放时，能够方便地找到并断开导致循环引用的强引用关系，这种方法是可行的。例如，在一些自定义的对象中，其内部持有 Block 并且与外部对象存在潜在的循环引用关系，在该对象的 dealloc 方法中，可以方便地断开这种引用。
   • 对代码结构有特定要求：在某些代码结构中，可能不便于使用 __weak 或者 __unsafe_unretained，例如在一些老旧的代码库中，对代码结构的修改可能会影响到其他部分的功能。此时，通过在合适的时机断开引用，可以在不改变太多代码结构的前提下解决循环引用问题。

五、实际项目中可能遇到的复杂情况及解决方案

1. 多层嵌套 Block 的循环引用问题
   • 问题描述：在实际项目中，可能会遇到多层嵌套 Block 的情况，例如一个视图控制器中有一个网络请求，网络请求的回调 Block 中又有一个用于更新 UI 的 Block。如果这些 Block 之间以及与视图控制器之间处理不当，就会形成复杂的循环引用关系。
   • 解决方案：在多层嵌套 Block 中，同样可以使用 __weak 修饰符来打破循环引用。但需要注意的是，要在合适的层次创建对外部对象的弱引用。例如：

@interface NestedBlockViewController : UIViewController
@property (nonatomic, strong) NSObject *nestedObject;
@end

@implementation NestedBlockViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.nestedObject = [[NSObject alloc] init];
    [self.nestedObject performRequestWithCompletion:^(NSData *data) {
        __weak typeof(weakSelf) deeperWeakSelf = weakSelf;
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            __strong typeof(deeperWeakSelf) strongSelf = deeperWeakSelf;
            if (strongSelf) {
                // 更新 UI 等操作
                NSLog(@"Updating UI in nested block, self is %@", strongSelf);
            }
        });
    }];
}
@end

在上述代码中，首先在最外层创建了对 self 的弱引用 weakSelf。在内部的网络请求回调 Block 中，又创建了 deeperWeakSelf 以确保在更深层次的 Block 中也能正确避免循环引用。在最内层的 Block 中，通过 __strong typeof(deeperWeakSelf) strongSelf = deeperWeakSelf; 创建强引用，在 Block 执行期间保持对象存活。

2. Block 作为类的属性与其他对象的循环引用
   • 问题描述：当 Block 作为类的属性，并且该类与其他持有该类实例的对象之间存在复杂的引用关系时，容易出现循环引用。例如，一个 DataManager 类持有一个 Block 属性用于数据处理，而 ViewController 持有 DataManager 的实例，同时 DataManager 的 Block 又捕获了 ViewController 的实例变量。
   • 解决方案：可以综合使用 __weak 修饰符和断开引用的方法。在 ViewController 中创建对自身的弱引用传递给 DataManager 的 Block，同时在 ViewController 的 dealloc 方法中，将 DataManager 的 Block 属性设置为 nil。例如：

@interface DataManager : NSObject
@property (nonatomic, copy) void(^dataProcessBlock)(void);
@end

@implementation DataManager
@end

@interface BlockAsPropertyViewController : UIViewController
@property (nonatomic, strong) DataManager *dataManager;
@end

@implementation BlockAsPropertyViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    self.dataManager = [[DataManager alloc] init];
    self.dataManager.dataProcessBlock = ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        if (strongSelf) {
            // 处理数据并可能访问 strongSelf 的属性
            NSLog(@"Processing data, self is %@", strongSelf);
        }
    };
}

- (void)dealloc {
    self.dataManager.dataProcessBlock = nil;
    NSLog(@"BlockAsPropertyViewController deallocated");
}
@end

这样既通过 __weak 避免了在 Block 执行期间的循环引用，又通过在 dealloc 方法中断开引用，确保在 ViewController 释放时，相关的循环引用关系被彻底打破。

3. 动态添加和移除 Block 的循环引用处理
   • 问题描述：在某些场景下，可能会动态地向对象中添加和移除 Block，例如一个视图上有多个按钮，每个按钮点击时会添加不同的 Block 来执行相应操作，并且这些 Block 可能会捕获视图控制器的实例。如果处理不当，在添加和移除 Block 的过程中容易出现循环引用问题。
   • 解决方案：在添加 Block 时，使用 __weak 修饰符创建对视图控制器的弱引用传递给 Block。在移除 Block 时，确保相关的引用关系被正确清理。例如：

@interface DynamicBlockViewController : UIViewController
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray<NSObject *> *buttonArray;
@end

@implementation DynamicBlockViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.buttonArray = [NSMutableArray array];
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeSystem];
        [button setTitle:[NSString stringWithFormat:@"Button %d", i] forState:UIControlStateNormal];
        [button addTarget:self action:@selector(buttonTapped:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
        [self.view addSubview:button];
        [self.buttonArray addObject:button];
    }
}

- (void)buttonTapped:(UIButton *)button {
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    button.block = ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        if (strongSelf) {
            // 执行按钮点击后的操作，可能访问 strongSelf 的属性
            NSLog(@"Button tapped, self is %@", strongSelf);
        }
    };
}

- (void)removeButtonAtIndex:(NSUInteger)index {
    UIButton *button = self.buttonArray[index];
    button.block = nil;
    [button removeFromSuperview];
    [self.buttonArray removeObjectAtIndex:index];
}
@end

在上述代码中，在 buttonTapped: 方法中为按钮添加 Block 时，使用 __weak 创建对 self 的弱引用。在 removeButtonAtIndex: 方法中，移除按钮时将其 Block 设置为 nil，确保在动态操作过程中不会出现循环引用问题。

六、避免 Block 内存循环引用的代码审查要点

1. 检查 Block 捕获的对象 在代码审查过程中，要仔细检查每个 Block 内部捕获的对象。如果 Block 捕获了持有该 Block 的对象或者可能导致循环引用的对象，需要进一步分析是否存在循环引用风险。例如，查看 Block 中是否直接使用了 self，如果使用了，要确认是否采取了避免循环引用的措施。
2. 确认修饰符的使用 检查是否正确使用了 __weak 或 __unsafe_unretained 修饰符。对于使用 __weak 的情况，要确保在 Block 内部正确地将弱引用转换为强引用（如果需要），并且检查转换后的强引用是否在合适的作用域内使用，避免出现悬空指针的情况。对于 __unsafe_unretained，要特别关注是否有对指针进行空值检查，以防止野指针错误。
3. 审查断开引用的逻辑 如果采用了在合适时机断开引用的方法，要审查断开引用的逻辑是否正确。确认断开引用的时机是否合适，既不能过早导致 Block 无法正常执行，也不能过晚导致循环引用无法打破。例如，在 dealloc 方法中断开引用时，要确保相关对象的生命周期管理是正确的，不会出现对象提前释放或延迟释放的问题。
4. 关注多层嵌套 Block 和复杂引用关系 对于多层嵌套 Block 的情况，要检查每一层 Block 中对外部对象的引用处理是否得当，是否在合适的层次创建了弱引用。在面对复杂的对象引用关系时，要通过画图等方式梳理对象之间的引用链条，找出可能存在的循环引用点，并审查相应的解决方案是否有效。

通过以上代码审查要点，可以在项目开发过程中及时发现并解决 Block 内存循环引用问题，提高代码的稳定性和内存管理的正确性。

七、总结不同解决方案对内存管理和性能的影响

1. __weak 对内存管理和性能的影响
   • 内存管理：__weak 能够有效地解决 Block 内存循环引用问题，确保对象在不再被需要时能够正常释放，从而避免内存泄漏。由于 __weak 指针在对象释放时会自动被设置为 nil，这使得在使用 __weak 引用的对象时，不需要手动检查对象是否已被释放，减少了野指针错误的发生。
   • 性能：__weak 会带来一定的性能开销。在对象释放时，系统需要遍历所有指向该对象的 __weak 指针，并将它们设置为 nil。这种操作在对象数量较多或者 __weak 指针较多的情况下，可能会对性能产生一定影响。但在大多数常规应用场景下，这种性能开销是可以接受的。
2. __unsafe_unretained 对内存管理和性能的影响
   • 内存管理：__unsafe_unretained 同样可以避免循环引用，因为它创建的是弱引用，不增加对象的引用计数。然而，由于 __unsafe_unretained 指针在对象释放时不会自动被设置为 nil，如果在对象释放后继续使用 __unsafe_unretained 指针，就会导致野指针错误，从而引发内存访问异常。因此，在使用 __unsafe_unretained 时，开发者需要更加谨慎地管理对象的生命周期。
   • 性能：与 __weak 相比，__unsafe_unretained 没有对象释放时将指针置 nil 的开销，因此在性能上相对更优。这使得 __unsafe_unretained 在一些对性能要求极高的场景下具有优势，但同时也增加了代码的风险，需要开发者有更严格的内存管理和对象生命周期控制。
3. 断开引用对内存管理和性能的影响
   • 内存管理：通过在合适的时机断开引用，可以有效地打破循环引用，确保对象能够正常释放，避免内存泄漏。这种方法的关键在于准确把握断开引用的时机，否则可能会导致 Block 无法正常执行或者循环引用无法有效打破。
   • 性能：断开引用的方法本身对性能的直接影响较小，主要的性能关注点在于找到合适的断开引用时机所带来的代码逻辑复杂度。如果为了找到合适的时机而增加了过多复杂的逻辑判断，可能会对性能产生一定的间接影响。但在合理的情况下，这种方法在内存管理和性能之间能够取得较好的平衡。

综上所述，在选择解决 Block 内存循环引用的方案时，需要综合考虑项目的需求，权衡内存管理的安全性和性能方面的因素，以选择最适合的解决方案。