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07 Cocos2d-x内存管理

来源：互联网 发布：linux中uuid挂载分区 编辑：程序博客网 时间：2024/06/16 02:22
引用计数的由来
cocos2d-x 的世界是基于 CCObject 类构建的，其中的每个元素：层、场景、精灵等都是一个个 CCObject 的对象。所以 内存管理的本质就是管理一个个 CCObject。作为一个 cocos2d 的 C++ 移植版本，在它之前有很多其它语言的 实现，从架构层次来说，这与语言的实现无关（比如 CCNode 的节点树形关系，其它语言也可以实现，如果是内存方便，C# 等更是无需考虑），但就从内存管理方面来说，参考了 OC （Objective-C） 的内存管理实现。
 
一个简单的自动管理原则：CCObject 内部维护着一个引用计数，引用计数为 0 就自动释放 ～（如果么有直接做如 delete 之类的操作）。那么此时可以预见，管理内存的实质就是管理这些 "引用计数" 了！使用 retain 和 release 方法对引用计数进行操作！
 
为什么要有自动释放池 及其作用
我们知道 cocos2d-x 使用了自动释放池，自动管理对象，知其然！其所以然呢？为什么需要自动释放池，它在整个框架之中又起着什么样的作用！在了解这一点之前，我们需要 知道 CCObject 从创建之初，到最终销毁，经历了哪些过程。在此，一叶总结以下几点：
 
1.刚创建的对象，而 为了保证在使用之前不会释放（至少让它存活一帧），所以自引用（也就是初始为1）
2.为了确定是否 实际使用，所以需要在一个合适的时机，解除自身引用。
3.而这个何时的时机正是在帧过度之时。
4.帧过度之后的对象，用则用矣，不用则弃！
5.由于已经解除了自身引用，所以它的引用被使用者管理（一般而言，内部组成树形结构的链式反应，如 CCNode）。
6.链式反应，也就是，如果释放一个对象，也会释放它所引用的对象。
 
上面是一个对象的大致流程，我们将对象分为两个时期，一个是刚创建时期，自引用为 1（如果为 0 就会释放对象，这是基本原则，所以要大于 0） 的时期，另一个是使用时期。上面说到，为了保证创
建时期的对象不被销毁，所以自引用(并没有实际的使用)初始化为 1，这就意味着我们需要一个合适的时机，来解除这样的自引用。
 
何时？在帧过度之时！(这样可保证当前帧能正确使用对象而没有被销毁。)怎么样释放？由于是自引用，我们并不能通过其它方式访问到它，所以就有了自动释放池，我们 变相的将“自引用”转化“自动释放池引用”，来标记一个 “创建时期的对象”。然后在帧过度之时，通过自动释放池管理，统一释放 “释放池引用”，也就意味着，去除了“自身引用”。帧过度之后的对象，才是真正的被使用者所管理。 下面我们用代码来解释上述过程。
 
通常我们使用 create(); 方法来创建一个自动管理的对象，而其内部实际操作如下：
  1. // 初始化一个对象 
  2. static CCObject* create()  
  3. { 
  4.     // new CCObject 对象 
  5.     CCObject *pRet = new CCObject();  
  6.     if (pRet && pRet->init())  
  7.     { 
  8.         // 添加到自动释放池 
  9.         pRet->autorelease();  
  10.         return pRet;  
  11.     }  
  12.     else  
  13.     {  
  14.         delete pRet;  
  15.         pRet = 0;  
  16.         return 0;  
  17.     }  
  18. } 
  19.  
  20. // 我们看到初始化的对象 自引用 m_uReference = 1 
  21. CCObject::CCObject(void) 
  22. :m_uAutoReleaseCount(0) 
  23. ,m_uReference(1) // when the object is created, the reference count of it is 1 
  24. ,m_nLuaID(0) 
  25. { 
  26.     static unsigned int uObjectCount = 0; 
  27.  
  28.     m_uID = ++uObjectCount; 
  29. } 
  30.  
  31. // 标记为自动释放对象 
  32. CCObject* CCObject::autorelease(void) 
  33. { 
  34.     // 添加到自动释放池 
  35.     CCPoolManager::sharedPoolManager()->addObject(this); 
  36.     return this; 
  37. } 
  38.  
  39. // 继续跟踪 
  40. void CCPoolManager::addObject(CCObject* pObject) 
  41. { 
  42.     getCurReleasePool()->addObject(pObject); 
  43. } 
  44.  
  45. // 添加到自动释放池的实际操作 
  46. void CCAutoreleasePool::addObject(CCObject* pObject) 
  47. { 
  48.     // 内部是由一个 CCArray 维护自动释放对象，并且此操作 会使引用 + 1 
  49.     m_pManagedObjectArray->addObject(pObject); 
  50.  
  51.     // 由于初始化 引用为 1，上面又有操作，所以引用至少为 2 （可能还被其它所引用） 
  52.     CCAssert(pObject->m_uReference > 1, "reference count should be greater than 1"); 
  53.     ++(pObject->m_uAutoReleaseCount); 
  54.     // 变相的将自身引用转化为释放池引用，所以减 1 
  55.     pObject->release(); // no ref count, in this case autorelease pool added. 
  56. } 
上面便是通过 create() 方法创建对象的过程。文中说到，一个合适的时机，解除自身引用（也就是释放池引用），那这又是在何时进行的呢？程序的运行有一个主循环，控制着每一帧的操作，在每一帧画面画完之时会自动调用 CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop(); 方法 ( 具体可参见文章Cocos2d-x 程序是如何开始运行与结束的 ，这里我们只要知道每一帧结束都会调用 pop() 方法)，来自动清理 创建时期 的引用。现在我们就来看看 pop() 的方法实现：
  1. void CCPoolManager::pop() 
  2. { 
  3.     if (! m_pCurReleasePool) 
  4.     { 
  5.         return; 
  6.     } 
  7.  
  8.     // 当前释放池个数，pop 使用栈结构 
  9.      int nCount = m_pReleasePoolStack->count(); 
  10.     // 释放池当中存放的都是 创建时期 对象，此时解除释放池引用 
  11.     m_pCurReleasePool->clear(); 
  12.  
  13.     // 当前释放池，出栈，在这里可以看到判断 nCount 是否大于 1，文后将会对此做具体说明 
  14.       if(nCount > 1) 
  15.       { 
  16.         m_pReleasePoolStack->removeObjectAtIndex(nCount-1); 
  17.  
  18. //         if(nCount > 1) 
  19. //         { 
  20. //             m_pCurReleasePool = m_pReleasePoolStack->objectAtIndex(nCount - 2); 
  21. //             return; 
  22. //         } 
  23.         m_pCurReleasePool = (CCAutoreleasePool*)m_pReleasePoolStack->objectAtIndex(nCount - 2); 
  24.     } 
  25.  
  26.     /*m_pCurReleasePool = NULL;*/ 
  27. } 
  28.  
  29. // 释放池引用清理工作 
  30. void CCAutoreleasePool::clear() 
  31. { 
  32.     // 如果释放池存在 创建时期 的对象 
  33.     if(m_pManagedObjectArray->count() > 0) 
  34.     { 
  35.         //CCAutoreleasePool* pReleasePool; 
  36. #ifdef _DEBUG 
  37.         int nIndex = m_pManagedObjectArray->count() - 1; 
  38. #endif 
  39.  
  40.         CCObject* pObj = NULL; 
  41.         CCARRAY_FOREACH_REVERSE(m_pManagedObjectArray, pObj) 
  42.         { 
  43.             if(!pObj) 
  44.                 break; 
  45.  
  46.             --(pObj->m_uAutoReleaseCount); 
  47.             //(*it)->release(); 
  48.             //delete (*it); 
  49. #ifdef _DEBUG 
  50.             nIndex--; 
  51. #endif 
  52.         } 
  53.         // 移除释放池对创建时期对象的引用，从而使对象交由使用者全权管理 
  54.         m_pManagedObjectArray->removeAllObjects(); 
  55.     } 
  56. } 
到这里，自动释放池的作用也就完成了！ 可以说创建的对象在一帧 (但有特殊情况，下一段说明) 之后就完全脱离了 自动释放池的控制，自动释放池，对对象的管理也就在 创建时期起着作用！之后便交由使用者管理，释放。
 
对"释放池"的管理说明
我们知道了释放池管理着 创建时期 的对象，那么对于释放池本身是如何管理的？我们知道对于释放池，只需要有一个就已经能够满足我们的需求了，而在 cocos2d-x 的设计中，使用了集合管理 一堆 释放池。而在实际，它们又发挥了多大的用处？
  1. // 释放池管理接口 
  2. class CC_DLL CCPoolManager 
  3. { 
  4.     // 释放池对象集合 
  5.     CCArray*    m_pReleasePoolStack; 
  6.     // 当前操作释放池 
  7.     CCAutoreleasePool*                    m_pCurReleasePool; 
  8.  
  9.     // 获取当前释放池 
  10.     CCAutoreleasePool* getCurReleasePool(); 
  11. public: 
  12.     CCPoolManager(); 
  13.     ~CCPoolManager(); 
  14.     void finalize(); 
  15.     void push(); 
  16.     void pop(); 
  17.  
  18.     void removeObject(CCObject* pObject); 
  19.     // 添加一个 创建时期 对象 
  20.     void addObject(CCObject* pObject); 
  21.  
  22.     static CCPoolManager* sharedPoolManager(); 
  23.     static void purgePoolManager(); 
  24.  
  25.     friend class CCAutoreleasePool; 
  26. }; 
  27.  
  28. // 我们从 addObject 开始看起，由上文可以 addObject 是由 CCObject 的 autorelease 自动调用的 
  29. void CCPoolManager::addObject(CCObject* pObject) 
  30. { 
  31.     getCurReleasePool()->addObject(pObject); 
  32. } 
  33.  
  34. CCAutoreleasePool* CCPoolManager::getCurReleasePool() 
  35. { 
  36.     // 如果当前释放池为空 
  37.     if(!m_pCurReleasePool) 
  38.     { 
  39.         // 添加一个 
  40.         push(); 
  41.     } 
  42.  
  43.     CCAssert(m_pCurReleasePool, "current auto release pool should not be null"); 
  44.  
  45.     return m_pCurReleasePool; 
  46. } 
  47.  
  48. void CCPoolManager::push() 
  49. { 
  50.     CCAutoreleasePool* pPool = new CCAutoreleasePool();       //ref = 1 
  51.     m_pCurReleasePool = pPool; 
  52.     // 像集合添加一个新的释放池 
  53.     m_pReleasePoolStack->addObject(pPool);                   //ref = 2 
  54.  
  55.     pPool->release();                                       //ref = 1 
  56. } 
从 addObject 开始分析，我们知道在 addObject 之前，会首先判断是否有当前的释放池，如果没有则创建，如果有，则直接使用，可想而知，在任何使用，任何情况，通过 addObject 只需要创建一个释放池便已经足够使用了。事实上也是如此。再来看 pop 方法。
  1. void CCPoolManager::pop() 
  2. { 
  3.     if (! m_pCurReleasePool) 
  4.     { 
  5.         return; 
  6.     } 
  7.  
  8.      int nCount = m_pReleasePoolStack->count(); 
  9.     // 清楚对 创建对象 的引用 
  10.     m_pCurReleasePool->clear(); 
  11.  
  12.     // 如果大于 1，这也保证着，在任何时候，总有一个释放池是可以使用的 
  13.       if(nCount > 1) 
  14.       { 
  15.           // 移除当前的释放池 
  16.         m_pReleasePoolStack->removeObjectAtIndex(nCount-1); 
  17.  
  18. //         if(nCount > 1) 
  19. //         { 
  20. //             m_pCurReleasePool = m_pReleasePoolStack->objectAtIndex(nCount - 2); 
  21. //             return; 
  22. //         } 
  23.         // 将当前释放池设定为前一个释放池，也就是 “出栈”的操作 
  24.         m_pCurReleasePool = (CCAutoreleasePool*)m_pReleasePoolStack->objectAtIndex(nCount - 2); 
  25.     } 
  26.  
  27.     /*m_pCurReleasePool = NULL;*/ 
  28. } 
看到这里 我就不解了！什么情况下才能用到多个释放池？按照设计的逻辑根本用不到。带着这个疑问，我在 CCPoolManager::push() 方法之内添加了一句话打印（修改源代码） CCLog("这里要长长长的 **********"); ，然后重新编译源文件，运行程序，发现实际的使用中，push 只被调用了两次！我们知道，通过 addObject 可能会自动调用 push() 一次，但也仅有一次，所以一定是哪里手动调用了 push() 方法，才会出现这种情况，所以我继续翻看源代码，定位到了 bool CCDirector::init(void) 方法，在这里进行了游戏的全局初始化相关工作：
 
  1. bool CCDirector::init(void) 
  2. { 
  3.     CCLOG("cocos2d: %s", cocos2dVersion()); 
  4.  
  5.     ... 
  6.     ... 
  7.     m_dOldAnimationInterval = m_dAnimationInterval = 1.0 / kDefaultFPS;     
  8.     m_pobScenesStack = new CCArray(); 
  9.     m_pobScenesStack->init(); 
  10.  
  11.     ... 
  12.     ... 
  13.     m_fContentScaleFactor = 1.0f; 
  14.  
  15.     ... 
  16.     ... 
  17.     // touchDispatcher 
  18.     m_pTouchDispatcher = new CCTouchDispatcher(); 
  19.     m_pTouchDispatcher->init(); 
  20.  
  21.     // KeypadDispatcher 
  22.     m_pKeypadDispatcher = new CCKeypadDispatcher(); 
  23.  
  24.     // Accelerometer 
  25.     m_pAccelerometer = new CCAccelerometer(); 
  26.  
  27.  
  28.     // 这里手动调用了 push 方法，而在这之前的初始化过程中，间接的使用了 CCObject 的 autorelease，已经触发过一次 push 方法 
  29.     CCPoolManager::sharedPoolManager()->push(); 
  30.  
  31.     return true; 
  32. } 
 
所以我们便能够看到 push 方法被调用了两次，但其实如果我们把这里的手动调用放在方法的开始处，或者干脆就不使用 CCPoolManager::sharedPoolManager()->push(); ，对程序也没任何影响，这样从头到尾，只创建了一个自动释放池，而这里多创建的一个并没有多大的用处。 或者用处不甚明显，因为多创建一个释放池是有其效果的，效果具体体现在哪里，那就是 可以使调用 push() 方法之前的对象，多存活一帧。，因为 pop 方法只对当前释放池做了 clear 释放。为了方便起见，我们使用 Cocos2d-x 内存管理浅说 里面的方法观察每一帧的情况，看下面测试代码：
 
  1. // 关键代码如下 
  2. CCLog("update index: %d", updateCount); 
  3.  
  4. // 在不同的帧做相关操作，以便观察 
  5. if (updateCount == 1) { 
  6.     // 创建一个自动管理对象 
  7.     layer = LSLayer::create(); 
  8.     // 创建一个新的自动释放池 
  9.     CCPoolManager::sharedPoolManager()->push(); 
  10.     // 再创建一个自动管理对象 
  11.     sprite = LSSprite::create(); 
  12. } else if (updateCount == 2) { 
  13.  
  14. } else if (updateCount == 3) { 
  15.  
  16. } 
  17.  
  18. CCLog("update index: %d end", updateCount); 
  19.  
  20. /// 打印代码如下 
  21. cocos2d-x debug info [update index: 1] 
  22. // 第一帧创建了两个自动管理对象 
  23. cocos2d-x debug info [LSLayer().()] 
  24. cocos2d-x debug info [LSSprite().()] 
  25. cocos2d-x debug info [update index: 1 end] 
  26. // 第一个过度帧只释放了 sprite 对象 
  27. cocos2d-x debug info [LSSprite().~()] 
  28. cocos2d-x debug info [update index: 2] 
  29. cocos2d-x debug info [update index: 2 end] 
  30. // 第二个过度帧释放了 layer 对象 
  31. cocos2d-x debug info [LSLayer().~()] 
  32. cocos2d-x debug info [update index: 3] 
  33. cocos2d-x debug info [update index: 3 end] 
 可以对比 sprite 和 layer 对象，两个对象被放在了不同的自动释放池之中。这就是 手动调用 push() 方法所能达到的效果，至于怎么利用这个特性，帮助我们完成特殊的功能？我想还是不用了，这会增加我们程序设计的 复杂度，在我看来，甚至想把，cocos2d-x 2.0.4 中那唯一一次调用的 push() 给删了，以保持简单（程序的第一次初始化“可能”会用到这个特性，不过目测是没有多大关系的了 : P），在这里只系统通过这个例子理解 自动释放池是怎样被管理的即可！
 
从自动释放池管理 创建时期 对象，再到对释放池的管理，我们已经大概了解了一个对象的生命周期经历了哪些！ 下面简单说说 使用时期 的对象管理。
 
树形结构的链式反应
文中我们知道了，自动释放池的存在意义，在于对象 创建时期 的处理，而仅仅理解了自动释放池，对于我们使用 cocos2d-x 不够，远远不够！自动释放池只是解决对象初始化的问题，仅此而已，而要在整个使用过程中，相对的自动化管理，那么必须理解两个概念，树形结构 和 链式反应 （链式反应，不错的说法，就像原子弹爆炸一样，一传十，十传百 ：P）
 
我们当前运行这一个场景，场景初始化，添加了很多层，层里面有其它的层或者精灵，而这些都是 CCNode 节点，以场景为根，形成一个树形结构，场景初始化之后（一帧之后），这些节点将完全 依附 (内部通过 retain) 在这个树形结构之上，全权交由树来管理，当我们 砍去一个树枝，或者将树 连根拔起，那么在它之上的“子节点”也会跟着去除(内部通过 release)，这便是链式反应。
 
Cocos2d-x 内存管理的一种实现，此文这种实现的本质既是 强化这种 链式反应，也是解决内存可能出错的一个解决方案。如下（前文片段，具体详见前文）：
  1. // 方式一：那么我们的使用过程 
  2. LUser* lu = LUser::create(); 
  3. lu->m_sSprite = CCSprite::create("a.png"); 
  4. // 如果这里不 retain  则以后就用不到了 
  5. lu->m_sSprite->retain(); 
  6.  
  7. // 方式二：使用方法 
  8. LUser* lu = LUser::create(); 
  9. lu->m_sUserName = "一叶"; 
  10. // 这里的 sprite 会随着 lu 的消亡而消亡，不用管释放问题了 
  11. lu->setSprite(CCSprite::create("a.png")); 
 我们看到方式二相比方式一的设计，它通过 setSprite 内部对 sprite 本身 retain，从而实现链式反应，而不是直接使用 lu->m_sSprite->retain();，这样的好处是，我只要想着释放 LUser，而不用考虑LUser 内部 sprite 的引用情况就行了。如此才能把 cocos2d-x 内存的自动管理特性完全发挥 ~
 
而要实现这样管理的一个明显特征就是，隐藏 retain 和 release 操作 ~
 
稍作总结
关于 cocos2d-x 的内存管理从使用到原理，系列文章就到这里了！（三篇也算系列 = =!） 由表象到内部的思考探索过程，其实在 浅说 当中对 cocos2d-x 的使用，便已经能够知晓内部细节设计之一二，透过现象看本质！三篇文章包含了，使用浅说（简单的测试），一种防止内存泄漏的设计（加强链式反应），最后纵览 cocos2d-x 的内存管理框架，对 CCObject 的生命周期做了简单的说明，当然其中还是隐藏一些细节的，比如管理都是用 CCArray 来管理，但我们并没有对 CCArray 做介绍，它是如何添加元素，如何引用等。在任何时候我们只针对一个问题进行思考，那我们该把 CCArray 这样的辅助工具类放在何处，如果你了解当然最好，不过不了解，那便 存疑 ，然后对相应的问题，分而治之 ~
 
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