一、前言

今天我們開啟Android系統篇的文章了，其實一直想弄，只是之前一直沒有太多深入的了解，最近又把這塊拿出來好好看了一下，所以想從新梳理一下，來看看Android中的這塊知識，首先我們今天來看一下：Android中的智能指針的概念，為什麼說先看一下智能指針這個知識呢？因為我們在看Android源碼的時候，會發現幾乎好多地方都用到了這個東東，所以我們在介紹後面的知識點，先來看看這個吧。

 

二、問題

那麼Android中的智能指針是個什麼東西呢？我們知道Android用的Java語言開發的，Java語言是沒有指針這個概念的，當然Java有JNI技術，C/C++有指針的概念的，那麼為什麼叫做智能呢？智能指針到底是不是真的指針，如何做到智能，我們帶著疑惑去看看這些問題。

其實Android中的智能指針是對C++中的對象回收機制的封裝，我們知道C++中的構造函數和析構函數是在對象new出來和delete的時候調用的，但是一個在銷毀一個對象的時候，我們需要手動的調用delete關鍵字來銷毀，但是在Java中我們無需在乎這些對象的銷毀工作，都是由垃圾回收器來做了，所以在Android系統層，為了達到Java的這個自動管理對象的效果，就出現了智能指針的概念了，他的出現類似於Java中的回收器，或者是OC中的自動釋放池的功能等，他內部實現也很簡單，就是用兩個變量來控制，一個是強引用計數變量，一個是弱引用計數變量，這兩個變量都是int類型的，表示一個對象被引用多少次，兩個變量會依據具體的生命管理周期模式來決定是否釋放對象。

 

三、源碼解讀

Android中的智能指針的主要代碼是：RefBase.h和RefBase.cpp這兩個文件，他們分別位於：

RefBase.h：Android源碼目錄\frameworks\native\include\utils\RefBase.h

RefBase.cpp：Android源碼目錄\frameworks\native\libs\utils\RefBase.cpp

我們在RefBase.h中可以看到智能指針的定義。智能指針分為兩種，一個是sp，一個是wp，顧名思義，sp=strong pointer

wp=weak pointer，他們兩各有用途，後面會詳細介紹，首先來看一下他們的定義：

我們看到這個使用到了C++中的模板技術來定義的，關於模板大家如果不熟悉的話，可以認為是Java中的泛型機制，簡化代碼，增加通用性和安全性的。

從定義來看，我們知道sp和wp其實是一個類，並非真正意義上的指針，這就解決了我們的第一個困惑，智能指針不是真正意義上的指針。

我們看到sp和wp類中都有一個RefBase類型的變量，那麼我們在看看RefBase是個什麼東東：

這裡我們看到，本身RefBase有兩個方法：incStrong和decStrong，這個一看應該就知道這兩個方法就是用來操作強指針的，在RefBase內部定義了weakref_type類，這個類有兩個方法：incWeak和decWeak，這個一看應該就知道這兩個方法就是用來操作弱指針的。我們在去RefBase.cpp內部看看：

RefBase內部的一個weakref_impl內部類，繼承weakref_type類，他內部有四個變量：

1、mStrong：是記錄強指針的引用計數

2、mWeak：是記錄弱指針的引用計數

3、mBase：是RefBase類型的變量

4、mFlags：智能指針采用什麼樣的生命管理周期，默認是0，就是采用強生命周期來管理對象。

接著看到weakref_impl的初始化，看到：

mStrong變量初始化的值是：0x10000000

為什麼這裡不用0作為初始化的值，因為後面需要判斷一個狀態就是強引用計數有沒有被使用過，如果用0的話，那麼就不能區分0值代表是沒使用過，還是使用過了清零了，所以這裡不用0來做初始化值

mWeak變量的初始化的值是：0

mFlags變量的初始化的值是：0，這裡的0表示就是用強生命管理方式去管理對象的生命周期，當然還有其他的方式，看一下定義：

還有一個是弱管理方式，為什麼有這兩種方式，後面會說到。

 

分析到這裡，我們需要整理一下關系：

1、sp和wp是一個類，他們用來管理一個對象的生命周期，但是他們都是模本類，所有管理的對象都必須繼承RefBase類，這個RefBase類叫做真實對象，就是管理對象本身。

2、RefBase類是最核心的類，他內部的一個weakref_impl內部類，繼承weakref_type類，這個類我們一般叫做影子對象，和RefBase是相對應的。weakref_impl中有幾個變量，mStrong用來記錄對象的強引用計數，mWeak用來記錄對象的弱引用計數，mBase是RefBase類型的，也就是需要管理對象本身。mFlag是采用哪種方式去管理對象的生命周期。

3、從2中我們可以看出來，RefBase和weakref_impl這兩個類是相互依賴的，而且他們也是相互對應的，一個是真實的對象，一個是影子對象。

 

說完了關系之後，我們在看一下sp到底如何工作的：

假設現在有一個類MyClass，如果要使用智能指針來引用這個類的對象，那麼這個類需滿足下列兩個前提條件：
1）這個類是基類RefBase的子類或間接子類；
2）這個類必須定義虛構造函數，即它的構造函數需要這樣定義：
virtual ~MyClass();
滿足了上述條件的類就可以定義智能指針了，定義方法和普通指針類似。比如普通指針是這樣定義：
MyClass* p_obj;
智能指針是這樣定義：
sp p_obj;
注意不要定義成 sp* p_obj。初學者容易犯這種錯誤，這樣實際上相當於定義了一個指針的指針。盡管在語法上沒有問題，但是最好永遠不要使用這樣的定義。
定義了一個智能指針的變量，就可以象普通指針那樣使用它，包括賦值、訪問對象成員、作為函數的返回值、作為函數的參數等。比如：

 

p_obj = new MyClass(); // 注意不要寫成 p_obj = new sp  
sp p_obj2 = p_obj;  
p_obj->func();  
p_obj = create_obj();  
some_func(p_obj);  

 

注意不要試圖delete一個智能指針，即 delete p_obj。不要擔心對象的銷毀問題，智能指針的最大作用就是自動銷毀不再使用的對象。不需要再使用一個對象後，直接將指針賦值為NULL即可：
p_obj = NULL;

上面說的都是強指針，弱指針的定義方法和強指針類似，但是不能通過弱指針來訪問對象的成員。下面是弱指針的示例：

 

wp wp_obj = new MyClass();  
p_obj = wp_obj.promote(); // 升級為強指針。不過這裡要用.而不是->，真是有負其指針之名啊  
wp_obj = NULL;  

智能指針用起來是很方便，在一般情況下最好使用智能指針來代替普通指針。但是需要知道一個智能指針其實是一個對象，而不是一個真正的指針，因此其運行效率是遠遠比不上普通指針的。所以在對運行效率敏感的地方，最好還是不要使用智能指針為好。

 

 

下面我們來具體分析RefBase內部的實現，主要看incStrong，decStrong，incWeak，decWeak這幾個方法：

1、incWeak方法：

這裡的incWeak方法是增加弱應用計數，采用的是android_atomic_inc方法，進行的原子操作，需要注意的是，這個方法的返回值代表是增加前的值。

 

2、incStrong方法：

這個方法就是增加強引用計數，我們看到首先會調用weakref_impl類型變量中的incWeak方法，增加弱引用計數，然後調用：

const int32_t c = android_atomic_dec(&refs->mStrong);

來增加強引用計數，這裡是一個原子操作，返回值注意是操作前的值。接著往下看，有一個判斷：

如果強引用計數在操作前是初始化值(INITIAL_STRONG_VALUE)，那麼這裡我們會將強應用計數在減去一個INITIAL_STRONG_VALUE值，那麼這時候mStrong的值就是1了，符合預期，然後在調用一下onFirstRef方法，用於初始化的操作。

 

3、decWeak方法：

這裡首先對弱引用計數做減一操作，如果弱引用計數為0了，那麼需要做如下判斷：

1、如果采用的是強生命周期管理方式：

1）如果沒有用過強引用計數這個變量，那麼直接刪除真實對象

2）如果用過了，那麼直接刪除影子對象

2、如果采用的是弱什麼周期管理方式，直接刪除真實對象

這裡需要注意的是，因為OBJECT_LIFETIME_MASK和OBJECT_LIFETIME_WEAK的值是一樣的都是1，這裡的兩個判斷生命管理方式的代碼也就一樣的，只是感覺第一個判斷有點傻逼了，應該是寫源碼的時候出差了。

 

4、decStrong方法：

這個方法中，首先對強引用計數做減一操作，如果強引用計數為0了，那麼在判斷對象的管理方式是不是強管理方式，如果是直接刪除真實對象，最後在調用一次decWeak方法，減少一次弱引用計數，因為在之前的incStrong方法中也是調用了一次incWeak方法，這裡也是對應起來了。

 

5、RefBase的析構方法：

我們在分析上面的decStrong方法中，沒有發現刪除影子對象的代碼，那麼影子對象什麼時候刪除呢？其實是在真實對象的析構方法中做了操作。

 

我們分析完了上面的幾個方法，下面就來整理一下：

1、incStrong和incWeak方法比較簡單，就是增加一下強引用和弱引用計數，需要注意的是，incStrong方法中會調用incWeak方法

2、decWeak方法有點復雜，要做的事有兩件：是否要釋放真實對象，是否要釋放影子對象：

1)、如果生命周期是弱引用來控制，那麼在這裡就需要做判斷，弱應用的計數是否為0，是否要釋放真實對象和影子對象
2)、如果生命周期是強引用來控制的，那麼這裡也要判斷一下，如果強引用計數為0的話，需要釋放真實對象，弱引用計數是 否為0，是否要釋放影子對象

從這裡我們可以看到：
弱引用計數是關系影子對象的，如果弱引用計數為0，那麼影子對象一定要釋放，但是真實對象不一定要釋放
強引用計數是關系真實對象的，如果強引用計數為0，那麼真實對象一定要釋放的，但是影子對象不一定釋放

3、decStrong方法主要做：就是看看是否要釋放真實對象，因為強引用和真實對象關聯的

4、RefBase的析構方法：真實對象被銷毀的時候，需要做一個工作就是釋放影子對象

釋放影子對象有兩個場景：
1）、如果強引用計數根本沒有被使用過，那麼直接釋放
2）、如果強引用計數使用過，但是采用的是非強生命周期管理方式，也是釋放

 

四、案例測試

上面其實就是介紹完了Android中的智能指針的概念和用法了，但是可能還是不太理解，所以為了更好的理解，我們需要用我們自己最熟悉的代碼去實踐一下，從寫一下，從寫的話不難，定義一個RefBase類和weakref_impl類即可，這裡我用Java來實現了，具體代碼這裡就不粘貼了，後面會給出項目的下載地址，感興趣的同學可以去看一下：

RefBase.java的定義如下：

這裡有一點需要注意的是，Java中的對象是自動管理的，沒有類似於C++中的析構方法，所以這裡就定義一個dealloc來模擬析構方法：

這裡的dealloc方法是其實是抄襲OC中的，哈哈~~

 

weakref_impl.java定義如下：

 

在定義一個測試類TestA.java：

這裡需要繼承RefBase類

 

下面就用測試代碼進行測試：

用兩個對象來做測試：

第一個對象用來測試：強管理生命周期方式

這裡我們可以看到運行結果，符合預期：

如果是采用強生命周期管理對象的話，只有當強引用計數為0的時候，才會刪除真實對象，當弱引用計數為0的時候，去刪除影子對象。

 

第二對象用來測試：弱生命周期方式

這裡我們可以看到運行結果，符合預期：

如果采用弱生命周期管理對象的話，只有當強引用計數和弱引用計數都為0的時候，才會刪除真實對象。

比如，這裡我們注釋一行代碼：

我們在運行結果：

發現，真實對象沒有刪除，影子對象也沒有刪除。符合預期

 

說道這裡了，還想在多說一句，就是在Android4.4之前，除了這兩種管理方式，還有一種就是：OBJECT_LIFETIME_FOREVER，看字面意思是，永久的，也就是說如果，強引用計數和弱引用計數都為0的時候，這個對象也刪除不了，只有手動的調用delete才可以銷毀對象，不過這個在Android4.4之後就廢棄了，既然說到這裡了，就在看一下吧：

在Android4.4之前的RefBase源碼中的decWeak方法定義是這樣的：

這裡看到了，用的是OBJECT_LIFETIME_FOREVER，因為這個值是3=0x11，OBJECT_LIFETIME_WEAK這個值是1=0x01，那麼

OBJECT_LIFETIME_FOREVER其實是包含了OBJECT_LIFETIME_WEAK這個情況的，下面我們把Java代碼改一下：

運行結果：

無論我們怎麼調用dec的各種方法，都是沒有刪除真實對象和影子對象的，只能手動的調用真實對象的dealloc方法了。不過這個管理方式已經被廢棄了，所以我們可以不用在意了。

 

五、知識梳理

到這裡我們就介紹完了Android中的智能指針的相關知識了，下面來整理一下：

1、Android中的智能指針不是真正意義上的指針，他是sp和wp的類對象，用來管理對象的生命周期的中間類。

2、Android中為什麼要采用智能指針？因為在Android系統層都是用C/C++實現的，不能自動管理對象的生命周期，所以就開發了一套可以自動管理對象的生命周期機制：智能指針

3、關於智能指針的三種生命周期管理方式：

1）. 如果對象的標志位被設置為0，那麼只要發現對象的強引用計數值為0，那就會自動delete掉這個對象；
2）. 如果對象的標志位被設置為OBJECT_LIFETIME_WEAK，那麼只有當對象的強引用計數和弱引用計數都為0的時候，才會 自動delete掉這個對象；
3）. 如果對象的標志位被設置為OBJECT_LIFETIME_FOREVER，那麼對象就永遠不會自動被delete掉，誰new出來的對象誰 來delete掉。

 

六、補充知識點

前面說到的知識點漏掉兩個，但是個人感覺和本篇文章沒什麼關系，這裡就簡單說一下：

1、Android中的智能指針其實分為輕量級和重量級，重量級就是我們上面提到的，也是最復雜的，輕量級指針很簡單：

這裡直接就用一個mCount變量來控制對象的引用次數。

2、上面說到了一個sp和wp兩個類，我們知道sp是真實對象的一個指針，可以直接使用真實對象中的方法，wp是影子對象，他只是真實對象的一個引用，不能直接使用真實對象中的方法，我們從他們兩的用法既可以看出來，sp用的都是點語法，wp用的都是->語法，這個在C/C++中，點語法就是指針，->語法就是引用。

所以需要將wp升級到sp才能使用真實對象，那麼這裡需要注意的是，如果真實對象已經delete了，那麼wp升級sp之後的對象是為NULL的。

最後來看一下RefBase，weakref_impl，sp，wp他們之間的關系：

 

 

七、我們為什麼要介紹智能指針

開始的時候已經說了，Android系統層為了解決對象的自動管理就引入了智能指針機制，所以智能指針是我們後續文章的基礎，後面再分析系統模塊的時候，會發現很多類都用到了RefBase，比如Binder機制：

這個也是我們後面需要分析的一個模塊，看到了他就用到了RefBase。

 

八、總結

這一篇就介紹完了Android中的系統篇中的基礎，智能指針的知識點，當然這裡可能說的不是那麼全面，但是我們可以看懂了，自己寫一個例子來深入了解一下智能指針。