Android指针管理：RefBase,SP,WP

        Android中通过引用计数来实现智能指针，并且实现有强指针与弱指针。由对象本身来提供引用计数器，但是对象不会去维护引用计数器的值，而是由智能指针来管理。

        要达到所有对象都可用引用计数器实现智能指针管理的目标，可以定义一个公共类，提供引用计数的方法，所有对象都去继承这个公共类，这样就可以实现所有对象都可以用引用计数来管理的目标，在Android中，这个公共类就是RefBase，同时还有一个简单版本LightRefBase。

        RefBase作为公共基类提供了引用计数的方法，但是并不去维护引用计数的值，而是由两个智能指针来进行管理：sp(Strong Pointer)和wp(Weak Pointer)，代表强引用计数和弱引用计数。

 

一、轻量级引用计数的实现：LightRefBase

        LightRefBase的实现很简单，只是内部保存了一个变量用于保存对象被引用的次数，并提供了两个函数用于增加或减少引用计数。

 

二、sp(Strong Pointer)

        LightRefBase仅仅提供了引用计数的方法，具体引用数应该怎么管理，就要通过智能指针类来管理了，每当有一个智能指针指向对象时，对象的引用计数要加1，当一个智能指针取消指向对象时，对象的引用计数要减1，在C＋＋中，当一个对象生成和销毁时会自动调用（拷贝）构造函数和析构函数，所以，对对象引用数的管理就可以放到智能指针的（拷贝）构造函数和析构函数中。Android提供了一个智能指针可以配合LightRefBase使用：sp，sp的定义如下：

        代码比较多，其中Accessors部分代码重载了*、->操作符使我们使用sp的时候就像使用真实的对象指针一样，可以直接操作对象的属性或方法，COMPARE是宏定义，用于重载关系操作符，由于对引用计数的控制主要是由（拷贝）构造函数和析构函数控制，所以忽略其他相关代码后，sp可以精简为如下形式（赋值操作符也省略掉了，构造函数省略相似的两个）：

        默认构造函数使智能指针不指向任何对象，sp(T* other)与

sp(

const

 

sp<T>& other)

的实现如下：

 

        内部变量m_ptr指向实际对象，并调用实际对象的incStrong函数，T继承自LightRefBase，所以此处调用的是LightRefBase的incStrong函数，之后实际对象的引用计数加1。

        当智能指针销毁的时候调用智能指针的析构函数：

    

        调用实际对象即LightRefBase的decStrong函数，其实现如下：

        android_atomic_dec返回mCount减1之前的值，如果返回1表示这次减过之后引用计数就是0了，就把对象delete掉。

 

三、RefBase

        RefBase提供了更强大的引用计数的管理。

 

        不同于LightRefBase的是，RefBase内部并没有使用一个变量来维护引用计数，而是通过一个weakref_impl *类型的成员来维护引用计数，并且同时提供了强引用计数和弱引用计数。weakref_impl继承于RefBase::weakref_type，代码比较多，不过大都是调试代码，由宏定义分开，Release是不包含调试代码的，去除这些代码后其定义为：

        weakref_impl中的函数都是作为调试用，Release版的实现都是空的，成员变量分别表示强引用数、弱引用数、指向实际对象的指针与flag，flag可控制实际对象的生命周期，取值为0或RefBase中定义的枚举值。

        RefBase提供了incStrong与decStrong函数用于控制强引用计数值，其弱引用计数值是由weakref_impl控制，强引用计数与弱引用数都保存在weakref_impl *类型的成员变量mRefs中。

        RefBase同LightRefBase一样为对象提供了引用计数的方法，对引用计数的管理同样要由智能指针控制，由于RefBase同时实现了强引用计数与弱引用计数，所以就有两种类型的智能指针，sp(Strong Pointer)与wp(Weak Pointer)。

 

        sp前面已经说过，其（拷贝）构造函数调用对象即RefBase的incStrong函数。

        addStrong的函数体为空，incStrong函数内部首先调用成员变量mRefs的incWeak函数将弱引用数加1，然后再将强引用数加1，由于android_atomic_inc返回变量的旧值，所以如果其不等于INITIAL_STRONG_VALUE就直接返回，则则是第一次由强智能指针（sp）引用，将其减去INITIAL_STRONG_VALUE后变成1，然后调用对象的onFirstRef。

        成员变量mRefs是在对象的构造函数中初始化的：

        weakrel_impl的incWeak继承自父类weakrel_type的incWeak：

        addWeakRef实现同样为空，所以只是将弱引用计数加1。所以当对象被sp引用后，强引用计数与弱引用计数会同时加1。

        当sp销毁时其析构函数调用对象即RefBase的decStrong函数：

        decStrong中将强引用数与弱引用数同时减1，如果这是最后一个强引用的话，会调用对象的onLastStrongRef，并且判断成员变量mRefs的成员变量mFlags来决定是否在对象的强引用数为0时释放对象。

        mFlags可以为0或以下两个枚举值：

        mFlags的值可以通过extendObjectLifetime函数改变：

        OBJECT_LIFETIME_FOREVER包含OBJECT_LIFETIME_WEAK（位运算中其二进制11包含01），所以当

        为true时表示mFlags为0，实际对象的生命周期受强引用数控制，所以在强引用数为0时delete this，否则实际对象的生命周期就由弱引用数控制。

        再来看decWeak：

        将弱引用数减1，若减1后不为0直接返回，否则判断

判断结果为true：

实际对象生命周期被强引用数控制，接下来判断：

如果判断为true表示对象只被弱引用引用过，现在弱引用数为0，直接删除实际对象。

如果判断为false，表示对象曾经被强引用引用过，但现在强引用为变为0了（因为增加或减小强引用数时一定同时增加或减小弱引用数，所以弱引用数为0时，强引用数一定为0），弱引用数为0了，直接释放mRefs，而实际对象由于受强引用数控制，已经在RefBase::decStrong中被delete了。

判断结果为false:

判断mFlgs是否是OBJECT_LIFETIME_FOREVER，如果是，什么都不作由用户自己控制对象的生命周期，否则，实际对象的生命周期受弱引用数控制，现在弱引用数为0，delete实际对象。

四、wp(Weak Pointer)

        定义如下：

        同sp一样，m_ptr指向实际对象，但wp还有一个成员变量m_refs。

        可以看到，wp的m_refs就是RefBase即实际对象的mRefs。

        wp析构的时候减少弱引用计数：

        由于弱指针没有重载*与->操作符，所以不能直接操作指向的对象，虽然有unsafe_get函数，但像名字所示的，不建议使用，直接使用实际对象指针的话就没必要用智能指针了。

        因为弱指针不能直接操作对象，所以要想操作对象的话就要将其转换为强指针，即wp::promote方法：

        是否能从弱指针生成一个强指针关键是看refs->attemptIncStrong，看其定义：

        首先通过incWeak将弱引用数加1（被强指针sp引用会导致强引用数和弱引用数同时加1），然后：

        如果之前已经有强引用，直接将强引用数加1，android_atomic_cmpxchg表示如果impl->mStrong的值为curCount，则把impl->mString的值改为curCount+1，此处用while循环是防止其他线程已经增加了强引用数。

   接下来：

   表示对象目前没有强引用，这就要判断对象是否存在了。

   如果curCount == INITIAL_STRONG_VALUE，表示对象没有被sp引用过。接下来判断：

 

        表示：如果对象的生命周期只受强引用控制，对象一定存在，要有强引用才可以管理对象的释放，所以一定会允许生成强引用；如果对象的生命周期受弱引用控制，调用对象的onIncStrongAttempted试图增加强引用，由于此时在弱引用中，弱引用一定不为0，对象也一定存在，调用onIncStrongAttempted的意图是因为类的实现者可能不希望用强引用引用对象。在RefBase中onIncStrongAttempted默认返回true：

        如果curCount <= 0（只会等于0），表示对象强引用数经历了INITIAL_STRONG_VALUE -->大于0 --> 0，接下来就要判断：

        如果对象的生命周期受强引用数控制，那么由于曾被sp引用过，现在强引用数又为0，对象就已经被delete了，所以就不能生成强引用，否则如果对象的生命周期受弱引用数控制，就通过onIncStrongAttempted看类的实现者是否希望当对象的强引用数变为0时可以再次被强引用引用。

    如果allow为false表示不能从弱引用生成强引用，就要调用decWeak将弱引用减1（因为在promote入口先将弱引用加了1），然后返回false表示生成强引用失败。

    最后，如果curCount == INITIAL_STRONG_VALUE表示第一次被sp引用，调用对象的onFirstRef函数。

五、总结

        RefBase内部有一个指针指向实际对象，有一个weakref_impl类型的指针保存对象的强／弱引用计数、对象生命周期控制。

 

       sp只有一个成员变量，用来保存实际对象，但这个实际对象内部已包含了weakref_impl *对象用于保存实际对象的引用计数。sp 管理一个对象指针时，对象的强、弱引用数同时加1，sp销毁时，对象的强、弱引用数同时减1。

 

        wp中有两个成员变量，一个保存实际对象，另一个是weakref_impl *对象。wp管理一个对象指针时，对象的弱引用计数加1，wp销毁时，对象的弱引用计数减1。

 

        weakref_impl中包含一个flag用于决定对象的生命周期是由强引用数控制还是由弱引用数控制：

当flag为0时，实际对象的生命周期由强引用数控制，weakref_impl *对象由弱引用数控制。

当flag为OBJECT_LIFETIME_WEAK时，实际对象的生命周期受弱引用数控制。

当flag为OBJECT_LIFETIME_FOREVER时，实际对象的生命周期由用户控制。

        可以用extendObjectLifetime改变flag的值。