【Cocos2d-x 3.x】内存管理机制与源码分析

侯捷先生说过这么一句话 :  源码之前，了无秘密。 要了解Cocos2d-x的内存管理机制，就得阅读源码。

接触Cocos2d-x时， Cocos2d-x的最新版本已经到了3.2的时代，在学习Cocos2d-x 3.x的时，经常会写点很小的例子，比如创建一个精灵Sprite， 然后设计精灵的动作Action等等，或者添加图层Layer并设置相应属性等等。在创建这些元素的时候，都会先进行这样的操作 : 

cocos2d::Sprite*	m_sprite 	= 	cocos2d::Sprite::create("Picture_name.png");
cocos2d::Layer* 	m_layer		=	cocos2d::Layer::create();

在cocos2d-x 3.0之后加入了C++11的内容，于是m_sprite和m_layer的类型就可以这样写了 :

auto	m_sprite 	= 	cocos2d::Sprite::create("Picture_name.png");
auto 	m_layer		=	cocos2d::Layer::create();

当然这些都不是重点， 重点的是这些直接或间接继承Node的类(Node继承自Ref)在创建的时候都使用create() 成员函数来创建， 看看create()的源码 : 

Node * Node::create()
{
    Node * ret = new (std::nothrow) Node();
    if (ret && ret->init())
    {
        ret->autorelease(); // 重点在这里
    }
    else
    {
        CC_SAFE_DELETE(ret);
    }
    return ret;
}

在create一个对象时， 会调用一个autorelease()函数， 继续跟进 ：

Ref* Ref::autorelease()
{
    PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->addObject(this);
    return this;
}

原来是将新创建好的这个添加到当前的管理池中，而addObject实际上是Ref类的函数，Ref中有个存放Ref* 类型的vector，将新创建的对象添加到vector之中。

PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->addObject(this)这行代码中，涉及到了三个类 ： PoolManager， AutoreleasePool和Ref类。实际上， Cocos2d-x的内存管理机制就是和这三个类息息相关的，分别来看下源码 :

先看Ref类：

// CCRef.cpp

Ref::Ref()
: _referenceCount(1) // 新创建一个Ref，将引用计数初始化为 1
{
#if CC_ENABLE_SCRIPT_BINDING
    static unsigned int uObjectCount = 0;
    _luaID = 0;
    _ID = ++uObjectCount;
    _scriptObject = nullptr;
#endif
    
#if CC_REF_LEAK_DETECTION
    trackRef(this);
#endif
}

Ref::~Ref()
{
#if CC_ENABLE_SCRIPT_BINDING
    // if the object is referenced by Lua engine, remove it
    if (_luaID)
    {
        ScriptEngineManager::getInstance()->getScriptEngine()->removeScriptObjectByObject(this);
    }
    else
    {
        ScriptEngineProtocol* pEngine = ScriptEngineManager::getInstance()->getScriptEngine();
        if (pEngine != nullptr && pEngine->getScriptType() == kScriptTypeJavascript)
        {
            pEngine->removeScriptObjectByObject(this);
        }
    }
#endif


#if CC_REF_LEAK_DETECTION
    if (_referenceCount != 0)
        untrackRef(this);
#endif
}

// retain函数将引用计数值增加 1
void Ref::retain()
{
    CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should be greater than 0");
    ++_referenceCount;
}

// release函数将引用计数值减少 1
void Ref::release()
{
    CCASSERT(_referenceCount > 0, "reference count should be greater than 0");
    --_referenceCount;

    // 如果引用计数等于0， 如果此时自动管理池仍然在清理该对象，则直接报错(assert)
    if (_referenceCount == 0)
    {
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
        auto poolManager = PoolManager::getInstance();
        if (!poolManager->getCurrentPool()->isClearing() && poolManager->isObjectInPools(this))
        {
            
            CCASSERT(false, "The reference shouldn't be 0 because it is still in autorelease pool.");
        }
#endif

#if CC_REF_LEAK_DETECTION
        untrackRef(this);
#endif
        delete this;
    }
}

// 将此对象交个自动管理池来管理
Ref* Ref::autorelease()
{
    PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->addObject(this);
    return this;
}

unsigned int Ref::getReferenceCount() const
{
    return _referenceCount;
}

再看AutoreleasePool类：

// AutoreleasePool.cpp

AutoreleasePool::AutoreleasePool()
: _name("")
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
, _isClearing(false)
#endif
{
	// 初始化时将Ref* 的vector大小设置为150
    _managedObjectArray.reserve(150);
    // 然后将这个自动管理池添加到管理类PoolManager中
    PoolManager::getInstance()->push(this);
}

// 具有特定名字的管理池  方便调试
AutoreleasePool::AutoreleasePool(const std::string &name)
: _name(name)
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
, _isClearing(false)
#endif
{
    _managedObjectArray.reserve(150);
    PoolManager::getInstance()->push(this);
}

// 当前管理池销毁时， 从管理类中弹出该管理池
AutoreleasePool::~AutoreleasePool()
{
    CCLOGINFO("deallocing AutoreleasePool: %p", this);
    clear();
    
    PoolManager::getInstance()->pop();
}

// 添加对象到vector中
void AutoreleasePool::addObject(Ref* object)
{
    _managedObjectArray.push_back(object);
}

void AutoreleasePool::clear()
{
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
    _isClearing = true;
#endif
    for (const auto &obj : _managedObjectArray)
    {
        obj->release();
    }
    _managedObjectArray.clear();
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
    _isClearing = false;
#endif
}

bool AutoreleasePool::contains(Ref* object) const
{
    for (const auto& obj : _managedObjectArray)
    {
        if (obj == object)
            return true;
    }
    return false;
}

void AutoreleasePool::dump()
{
    CCLOG("autorelease pool: %s, number of managed object %d
", _name.c_str(), static_cast<int>(_managedObjectArray.size()));
    CCLOG("%20s%20s%20s", "Object pointer", "Object id", "reference count");
    for (const auto &obj : _managedObjectArray)
    {
        CC_UNUSED_PARAM(obj);
        CCLOG("%20p%20u
", obj, obj->getReferenceCount());
    }
}

最后看看PoolManager类：

// CCPoolManager.cpp

PoolManager* PoolManager::s_singleInstance = nullptr;

PoolManager* PoolManager::getInstance()
{
    if (s_singleInstance == nullptr)
    {
        s_singleInstance = new (std::nothrow) PoolManager();
		//assert(nullptr != s_singleInstance);
        // 在创建单例时， 添加第一个管理池
        new AutoreleasePool("cocos2d autorelease pool");
    }
    return s_singleInstance;
}

// 销毁单例模式
void PoolManager::destroyInstance()
{
    delete s_singleInstance;
    s_singleInstance = nullptr;
}

// 初始化时设置管理类的vector的大小为10
PoolManager::PoolManager()
{
    _releasePoolStack.reserve(10);
}

// 一个管理类PoolManager销毁时，销毁它管理的所有管理池
PoolManager::~PoolManager()
{
    CCLOGINFO("deallocing PoolManager: %p", this);
    
    while (!_releasePoolStack.empty())
    {
        AutoreleasePool* pool = _releasePoolStack.back();
        
        delete pool;
    }
}

// 获得当前管理池
AutoreleasePool* PoolManager::getCurrentPool() const
{
    return _releasePoolStack.back();
}

// 判断一个Ref或其子类对象是否在管理池中
bool PoolManager::isObjectInPools(Ref* obj) const
{
    for (const auto& pool : _releasePoolStack)
    {
        if (pool->contains(obj))
            return true;
    }
    return false;
}

// 添加一个管理池
void PoolManager::push(AutoreleasePool *pool)
{
    _releasePoolStack.push_back(pool);
}

// 弹出最新的一个管理池
void PoolManager::pop()
{
    CC_ASSERT(!_releasePoolStack.empty());
    _releasePoolStack.pop_back();
}

源码都在这里了，重新分析开头说的那个例子，在创建一个Sprite或Layer时， 先调用autorelease函数 :

Ref* Ref::autorelease()
{
    PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->addObject(this);
    return this;
}

然后就会先获得一个管理自动管理内存池的类PoolManager的单例 ：

PoolManager* PoolManager::getInstance()
{
    if (s_singleInstance == nullptr)
    {
        s_singleInstance = new (std::nothrow) PoolManager();
		//assert(nullptr != s_singleInstance);
        // Add the first auto release pool
        new AutoreleasePool("cocos2d autorelease pool");
    }
    return s_singleInstance;
}

第一次使用单例，会新建一个，会添加一个自动管理池 ：

AutoreleasePool::AutoreleasePool(const std::string &name)
: _name(name)
#if defined(COCOS2D_DEBUG) && (COCOS2D_DEBUG > 0)
, _isClearing(false)
#endif
{
    _managedObjectArray.reserve(150);
    PoolManager::getInstance()->push(this);
}

然后将该管理池push到PoolManager中的vector中，该vector是管理AutoreleasePool的 ：

void PoolManager::push(AutoreleasePool *pool)
{
    _releasePoolStack.push_back(pool); // std::vector<AutoreleasePool*> _releasePoolStack;
}

然后由该单例获得管理这个Sprite或Layer的AutoreleasePool，并将该Sprite或Layer添加到该自动管理池当中 ：

void AutoreleasePool::addObject(Ref* object)
{
    _managedObjectArray.push_back(object); // std::vector<Ref*> _managedObjectArray;
}

然后如果将这个Sprite添加到图层时，会增加这个Sprite的引用计数 ：

void pushBack(T object)
{
    CCASSERT(object != nullptr, "The object should not be nullptr");
    _data.push_back( object );
    object->retain(); // 增加引用计数
}

remove一个Sprite，会减少该对象的引用计数：

void clear()
{
    for( auto it = std::begin(_data); it != std::end(_data); ++it ) {
        (*it)->release();
    }
    _data.clear();
}

在AutoreleasePool类中，建议不要在堆上建立内存管理池，因为new出来的需要手动delete掉，而栈上的内存管理池则在程序结束后自动销毁：

AutoreleasePool::~AutoreleasePool()
{
    CCLOGINFO("deallocing AutoreleasePool: %p", this);
    clear();
    
    PoolManager::getInstance()->pop();
}

当前池销毁后， 就从管理类中弹出该池。

自动管理池用clear()函数来释放 ， 有Director类来控制自动管理池的释放操作：

void DisplayLinkDirector::mainLoop()
{
    if (_purgeDirectorInNextLoop)
    {
        _purgeDirectorInNextLoop = false;
        purgeDirector();
    }
    else if (_restartDirectorInNextLoop)
    {
        _restartDirectorInNextLoop = false;
        restartDirector();
    }
    else if (! _invalid)
    {
        drawScene();
     
        // release the objects
        PoolManager::getInstance()->getCurrentPool()->clear();
    }
}

_invalid来决定Director是否应该进行逻辑循环，_purgeDierctorInNextLoop在Director调用了end()函数后被设置为true，_restartDirector在restart()后被设置为true，mainloop函数是游戏的主逻辑循环处理函数，drawScene函数进行处理逻辑帧，在每帧尾结束都调用clear函数来清理这一帧所占用的资源，每帧都会回收，如果上一帧进行很多次autorelease而没有帧帧来清理，内存池的性能就会急剧下降，典型的例子是：魂斗罗里主角的“S”型子弹，一帧内产生了几十个子弹资源，如果在这一帧结束后不释放，内存池的性能就会急剧下降，游戏就会显得非常卡。

我们知道，游戏运行都是从Application开始的，在Application中的函数run来将游戏运行起来，在run里面，有个循环不断地执行director->mainloop()来进行逻辑操作。

以上就是我个人对内存管理的浅显的理解，如有不足，欢迎指出~