ReactiveCocoa中潜在的内存泄漏及解决方案

美团技术团队

高君 · 2016-08-19 · via 美团技术团队

ReactiveCocoa是GitHub开源的一个函数响应式编程框架，目前在美团App中大量使用。用过它的人都知道很好用，也确实为我们的生活带来了很多便利，特别是跟MVVM模式结合使用，更是如鱼得水。不过刚开始使用的时候，可能容易疏忽掉一些隐藏的细节，从而导致内存泄漏等问题。本文就带大家深入了解下ReactiveCocoa中隐藏的一些细节，帮助大家以更加正确的姿势使用ReactiveCocoa。

以下代码和示例基于ReactiveCocoa v2.5。

RACObserve引发的血案

RACObserve是ReactiveCocoa中一个相当常用也相当好用的宏，它可以用来监听属性值的改变，然后传递给订阅者。不过在使用的时候有一点需要稍微注意一下，为了直观说明，先上一个小Demo。

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) { //1
        MTModel *model = [[MTModel alloc] init]; // MTModel有一个名为的title的属性
        [subscriber sendNext:model];
        [subscriber sendCompleted];
        return nil;
    }];
    self.flattenMapSignal = [signal flattenMap:^RACStream *(MTModel *model) { //2
        return RACObserve(model, title);
    }];
    [self.flattenMapSignal subscribeNext:^(id x) { //3
        NSLog(@"subscribeNext - %@", x);
    }];
}

创建一个signal，该signal被订阅后会发送一个MTModel的实例；
对第一步创建的signal进行flattenMap操作，并将返回的信号保留（之所以要保留，是因为可能希望在其它地方订阅，不过这里为了简单，就直接在第三步进行订阅）；
对第二步产生的信号（self.flattenMapSignal）进行订阅。

这段代码看起来很正常，工作也相当良好，但是当从添加了这段代码的控制器返回时，控制器并没有被释放。这又是为啥呢？看下RACObserve的定义：

#define RACObserve(TARGET, KEYPATH) \
	({ \
		_Pragma("clang diagnostic push") \
		_Pragma("clang diagnostic ignored \"-Wreceiver-is-weak\"") \
		__weak id target_ = (TARGET); \
		[target_ rac_valuesForKeyPath:@keypath(TARGET, KEYPATH) observer:self]; \
		_Pragma("clang diagnostic pop") \
	})

注意这一句：[target_ rac_valuesForKeyPath:@keypath(TARGET, KEYPATH) observer:self]; 如果将宏简单展开就变成了下面这样：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id < RACSubscriber > subscriber) { //1
        GJModel *model = [[GJModel alloc] init];
        [subscriber sendNext:model];
        [subscriber sendCompleted];
        return nil;
    }]; 
    self.flattenMapSignal = [signal flattenMap:^RACStream *(GJModel *model) {//2
        __weak GJModel *target_ = model;
        return [target_ rac_valuesForKeyPath:@keypath(target_, title) observer:self];
    }];
    [self.flattenMapSignal subscribeNext:^(id x) {//3
        NSLog(@"subscribeNext - %@", x);
    }];
}

看到这里，应该发现哪里不对了吧？没错，flattenMap操作接收的block里面出现了self，对self进行了持有，而flattenMap操作返回的信号又由self的属性flattenMapSignal进行了持有，这就造成了循环引用。

Alt text

注意：2是间接持有，从逻辑上来讲，flattenMapSignal会有一个didSubscribeBlock，为了让传递给flattenMap操作的block有意义，didSubscribeBlock会对该block进行持有，从而也就间接持有了self，感兴趣的读者可以去看下相关源码。

OK，找到了问题所在，解决起来也就简单了，使用@weakify和@strongify即可：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id < RACSubscriber > subscriber) {
        GJModel *model = [[GJModel alloc] init];
        [subscriber sendNext:model];
        [subscriber sendCompleted];
        return nil;
    }];
    @weakify(self); //
    self.signal = [signal flattenMap:^RACStream *(GJModel *model) {
        @strongify(self); //
        return RACObserve(model, title);
    }];
    [self.signal subscribeNext:^(id x) {
        NSLog(@"subscribeNext - %@", x);
    }];
}

这里之所以容易疏忽，是因为在block里没有很直观的看到self，但是RACObserve的定义里面却用到了self。其实RACObserve的解释中已经很明确地说明了这个问题。

/// Creates a signal which observes `KEYPATH` on `TARGET` for changes.
///
/// In either case, the observation continues until `TARGET` _or self_ is
/// deallocated. If any intermediate object is deallocated instead, it will be
/// assumed to have been set to nil.
///
/// Make sure to `@strongify(self)` when using this macro within a block! The
/// macro will _always_ reference `self`, which can silently introduce a retain
/// cycle within a block. As a result, you should make sure that `self` is a weak
/// reference (e.g., created by `@weakify` and `@strongify`) before the
/// expression that uses `RACObserve`.
///
/// Examples
///
///    // Observes self, and doesn't stop until self is deallocated.
///    RACSignal *selfSignal = RACObserve(self, arrayController.items);
///
///    // Observes the array controller, and stops when self _or_ the array
///    // controller is deallocated.
///    RACSignal *arrayControllerSignal = RACObserve(self.arrayController, items);
///
///    // Observes obj.arrayController, and stops when self _or_ the array
///    // controller is deallocated.
///    RACSignal *signal2 = RACObserve(obj.arrayController, items);
///
///    @weakify(self);
///    RACSignal *signal3 = [anotherSignal flattenMap:^(NSArrayController *arrayController) {
///        // Avoids a retain cycle because of RACObserve implicitly referencing
///        // self.
///        @strongify(self);
///        return RACObserve(arrayController, items);
///    }];
///
/// Returns a signal which sends the current value of the key path on
/// subscription, then sends the new value every time it changes, and sends
/// completed if self or observer is deallocated.
#define RACObserve(TARGET, KEYPATH) \
	({ \
		_Pragma("clang diagnostic push") \
		_Pragma("clang diagnostic ignored \"-Wreceiver-is-weak\"") \
		__weak id target_ = (TARGET); \
		[target_ rac_valuesForKeyPath:@keypath(TARGET, KEYPATH) observer:self]; \
		_Pragma("clang diagnostic pop") \
	})

通过这个例子，相信你已经知道了RACObserve的正确使用姿势，也意识到了阅读文档的重要性。如果说RACObserve潜在的内存泄漏只要稍加留意，使用的时候查看下文档就能避免；那么下面的情况，就相当隐蔽了，就算是看了文档也不一定能看出来。不信？接着往下看。

RACSubject带来的悲剧

RACSubject是非RAC到RAC的一个桥梁，使用起来也很简单方便，基本的用法如下：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    RACSubject *subject = [RACSubject subject]; //1
	[subject.rac_willDeallocSignal subscribeCompleted:^{ //2
        NSLog(@"subject dealloc");
    }];
    [subject subscribeNext:^(id x) { //3
        NSLog(@"next = %@", x);
    }];
    [subject sendNext:@1]; //4
}

创建一个RACSubject的实例；
订阅subject的dealloc信号，在subject被释放的时候会发送完成信号；
订阅subject；
使用subject发送一个值。

接下来看一下输出的结果：

2016-06-13 09:15:25.426 RAC[5366:245360] next = 1
2016-06-13 09:15:25.428 RAC[5366:245360] subject dealloc

工作相当良好，接下来改造下程序，要求对subject发送的所有值进行乘3，这用map很容易就实现了。

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    RACSubject *subject = [RACSubject subject]; 
    [subject.rac_willDeallocSignal subscribeCompleted:^{ 
        NSLog(@"subject dealloc");
    }];
    
    [[subject map:^id(NSNumber *value) { 
        return @([value integerValue] * 3);
    }] subscribeNext:^(id x) { 
        NSLog(@"next = %@", x);
    }];
    [subject sendNext:@1]; 
}

跟之前大体不变，只是对subject进行了map操作然后再订阅，看下输出结果：

2016-06-13 09:21:42.450 RAC[5404:248584] next = 3

的确是进行了乘3操作，符合预期，但是这里有一个很严重的问题，subject dealloc没有输出，也就是说subject没有释放。这不科学啊！subject看上去没有被任何对象持有。那究竟是什么情况？下面我们将RACSubject换成RACSignal试试：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) {
        [subscriber sendNext:@1];
        return nil;
    }];
    [signal.rac_willDeallocSignal subscribeCompleted:^{
        NSLog(@"signal dealloc");
    }];
    [[signal map:^id(NSNumber *value) {
        return @([value integerValue] * 3);
    }] subscribeNext:^(id x) {
        NSLog(@"next = %@", x);
    }];
}

逻辑跟之前一样，看一下输出结果：

2016-06-12 23:32:31.669 RACDemo[5085:217082] next = 3
2016-06-12 23:32:31.674 RACDemo[5085:217082] signal dealloc

很明显，signal被释放了。同样的逻辑，signal能正常释放，subject却不能正常释放，太神奇了！细心的读者看到这里，应该会发现一个问题：上面的几次试验，不管是RACSubject还是RACSignal都没有调用sendCompleted。难道跟这个有关系？带着这个疑问，再进行如下试验，给RACSubject发送一个完成信号：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    RACSubject *subject = [RACSubject subject]; 
    [subject.rac_willDeallocSignal subscribeCompleted:^{ 
        NSLog(@"subject dealloc");
    }];
    
    [[subject map:^id(NSNumber *value) { 
        return @([value integerValue] * 3);
    }] subscribeNext:^(id x) { 
        NSLog(@"next = %@", x);
    }];
    [subject sendNext:@1]; 
    [subject sendCompleted];
}

输出结果：

2016-06-12 23:40:19.148 RAC_bindSample[5168:221902] next = 3
2016-06-12 23:40:19.153 RAC_bindSample[5168:221902] subject dealloc

subject被释放了，确实修正了内存泄漏问题。到这里，我们可以得出结论：使用RACSubject，如果进行了map操作，那么一定要发送完成信号，不然会内存泄漏。

虽然得出了结论，但是留下的疑问也是不少，如果你希望知道这其中的缘由，请继续往下看。简单来说，留下的疑问有：

为什么对RACSubject的实例进行map操作之后会产生内存泄漏？
为什么RACSignal不管是否有map操作，都不会产生内存泄漏？
针对第一个问题，为什么发送完成可以修复内存泄漏？

带着疑问，咱们继续一探究竟。讲道理，RACSignal和RACSubject虽然都是信号，但是它们有一个本质的区别： RACSubject会持有订阅者（因为RACSubject是热信号，为了保证未来有事件发送的时候，订阅者可以收到信息，所以需要对订阅者保持状态，做法就是持有订阅者），而RACSignal不会持有订阅者。关于这一点，更详细的说明请看《细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号（三）：怎么处理冷信号与热信号》。那么持不持有订阅者，跟内存无法释放又有啥关系呢？不急，先记着有这样一个特性，咱们看看实现。

从上面提出第一个问题可以发现，关键点在于map操作，那么map操作究竟干了什么事情，看下map的实现：

- (instancetype)map:(id (^)(id value))block {
	NSCParameterAssert(block != nil);
	Class class = self.class;
	
	return [[self flattenMap:^(id value) {
		return [class return:block(value)];
	}] setNameWithFormat:@"[%@] -map:", self.name];
}

很简单，只是调用了一下flattenMap，再看下flattenMap怎么实现的：

 - (instancetype)flattenMap:(RACStream * (^)(id value))block {
	Class class = self.class;
	return [[self bind:^{
		return ^(id value, BOOL *stop) {
			id stream = block(value) ?: [class empty];
			NSCAssert([stream isKindOfClass:RACStream.class], @"Value returned from -flattenMap: is not a stream: %@", stream);
			return stream;
		};
	}] setNameWithFormat:@"[%@] -flattenMap:", self.name];
}

也很简单，只是调用了一下bind，再看看bind的实现，bind的实现位于RACSignal.m的92行左右。

 - (RACSignal *)bind:(RACStreamBindBlock (^)(void))block {
	NSCParameterAssert(block != NULL);
	/*
	 * -bind: should:
	 * 
	 * 1. Subscribe to the original signal of values.
	 * 2. Any time the original signal sends a value, transform it using the binding block.
	 * 3. If the binding block returns a signal, subscribe to it, and pass all of its values through to the subscriber as they're received.
	 * 4. If the binding block asks the bind to terminate, complete the _original_ signal.
	 * 5. When _all_ signals complete, send completed to the subscriber.
	 * 
	 * If any signal sends an error at any point, send that to the subscriber.
	 */
	return [[RACSignal createSignal:^(id<RACSubscriber> subscriber) {
		RACStreamBindBlock bindingBlock = block();
		NSMutableArray *signals = [NSMutableArray arrayWithObject:self];
		// 此处省略了80行代码
		// ...
	}] setNameWithFormat:@"[%@] -bind:", self.name];
}

如果你下载了源代码（不想下源码的话，也可以在线查看），并且看到了这里，相信你的感觉一定是一脸懵逼的，不要激动，虽然这个方法很长，看上去也不那么好懂，但是关键点就那么几个地方，掌握了关键点就基本能get了。 ReactiveCocoa的作者更是罕见地在实现文件了写了一大段注释来说明bind方法的用途，根据作者的注释再去理解这个方法会轻松很多。这里贴一个图，方便大家理解：

Alt text

OK，了解了bind操作的用途，也是时候回归主题了——内存是怎么泄露的。首先我们看到，在didSubscribe的开头，就创建了一个数组signals，并且持有了self，也就是源信号：

NSMutableArray *signals = [NSMutableArray arrayWithObject:self];

(p.s. 如果你不知道didSubscribe是什么，也不了解ReactiveCocoa中信号的订阅过程，可以先看下《RACSignal的Subscription深入分析》)

接下来会对源信号进行订阅：

RACDisposable *bindingDisposable = [self subscribeNext:^(id x) {
    // Manually check disposal to handle synchronous errors.
    if (compoundDisposable.disposed) return;
    BOOL stop = NO;
    id signal = bindingBlock(x, &stop);
    @autoreleasepool {
        if (signal != nil) addSignal(signal);
        if (signal == nil || stop) {
            [selfDisposable dispose];
            completeSignal(self, selfDisposable);
        }
    }
} error:^(NSError *error) {
    //...
} completed:^{
    //...
}];

订阅者会持有nextBlock、errorBlock、completedBlock三个block，为了简单，我们只讨论nextBlock。从nextBlock中的completeSignal(self, selfDisposable);这一行代码可以看出，nextBlock对self，也就是源信号进行了持有，再看到if (signal != nil) addSignal(signal);这一行，nextBlock对addSignal进行了持有，addSignal是在订阅self之前定义的一个block。

void (^addSignal)(RACSignal *) = ^(RACSignal *signal) {
    @synchronized (signals) {
        [signals addObject:signal];
    }
    //...
};

addSignal这个block里面对一开始创建的数组signals进行了持有，用一幅图来描述下刚才所说的关系：

Alt text

如果这个signal是一个RACSignal，那么是没有任何问题的；如果是signal是一个RACSubject，那问题就来了。还记得前面说过的RACSignal和RACSubject的区别吗？RACSubject会持有订阅者，而RACSignal不会持有订阅者，如果signal是一个RACSubject，那么图应该是这样的：

Alt text

很明显，产生了循环引用！！！到这里，也就解答了前面提出的三个问题的前两个：对一个信号进行了map操作，那么最终会调用到bind。如果源信号是RACSubject，由于RACSubject会持有订阅者，所以产生了循环引用(内存泄漏)；如果源信号是RACSignal，由于RACSignal不会持有订阅者，那么也就不存在循环引用。

还剩下最后一个问题：如果源信号是RACSubject，为什么发送完成可以修复内存泄漏？来看下订阅者收到完成信号之后干了些什么：

RACDisposable *bindingDisposable = [self subscribeNext:^(id x) {
    //...
} error:^(NSError *error) {
    //...
} completed:^{
    @autoreleasepool {
        completeSignal(self, selfDisposable);
    }
}];

很简单，只是调用了一下completeSignal这个block。再看下这个block内部在干嘛：


void (^completeSignal)(RACSignal *, RACDisposable *) = ^(RACSignal *signal, RACDisposable *finishedDisposable) {
    BOOL removeDisposable = NO;
    @synchronized (signals) {
        [signals removeObject:signal]; //1
        if (signals.count == 0) {
            [subscriber sendCompleted]; //2
            [compoundDisposable dispose]; //3
        } else {
            removeDisposable = YES;
        }
    }
    if (removeDisposable) [compoundDisposable removeDisposable:finishedDisposable]; //4
};

//1这里从signals这个数组中移除传入的signal，也就断掉了signals持有subject这条线。 //2、//3、//4其实干的事情差不多，都是拿到对应的disposable调用dispose，这样资源就得到了回收，subject就不会再持有subscriber，subscriber也会对自己的nextBlock、errorBlock、completedBlock三个block置为nil，就不会存在引用关系，所有的对象都得到了释放。有兴趣的同学可以去了解下RACDisposable，它也是ReactiveCocoa中的重要一员，对理解源码有很大的帮助。 map只是一个很典型的操作，其实在ReactiveCocoa的实现中，几乎所有的操作底层都会调用到bind这样一个方法，包括但不限于： map、filter、merge、combineLatest、flattenMap ……

所以在使用ReactiveCocoa的时候也一定要仔细，对信号操作完成之后，记得发送完成信号，不然可能在不经意间就导致了内存泄漏。

RACSubject就是一个比较典型直接的例子。除此之外，如果在对一个信号进行类似replay这样的操作之后，也一定要保证源信号发送完成；不然，也是会有内存泄漏的。

RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) {
    [subscriber sendNext:@1];
    [subscriber sendCompleted]; // 保证源信号发送完成
    return nil;
}];

RACSignal *replaySignal = [signal replay]; // 这里返回的其实是一个RACReplaySubject

[[replaySignal map:^id(NSNumber *value) {
    return @([value integerValue] * 3);
}] subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"subscribeNext - %@", x);
}];

总之，一句话：使用ReactiveCocoa必须要保证信号发送完成或者发送错误。

参考资料

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