2011-10-15 17:58:56
Android系統的運行時庫層代碼是用C++來編寫的，用C++來寫代碼最容易出錯的地方就是指針了，
一旦使用不當，輕則造成內存泄漏，重則造成系統崩潰。不過系統爲我們提供了智能指針，避免出現上述問題，
本文將系統地分析Android系統智能指針（輕量級指針、強指針和弱指針）的實現原理。
在使用C++來編寫代碼的過程中，指針使用不當造成內存泄漏一般就是因爲new了一個對象並且使用完之後，忘記了delete這個對象，
而造成系統崩潰一般就是因爲一個地方delete了這個對象之後，其它地方還在繼續使原來指向這個對象的指針。爲了避免出現上述問題，
一般的做法就是使用引用計數的方法，每當有一個指針指向了一個new出來的對象時，就對這個對象的引用計數增加1，每當有一個指針不再使用這個對象時，
就對這個對象的引用計數減少1，每次減1之後，如果發現引用計數值爲0時，那麼，就要delete這個對象了，
這樣就避免了忘記delete對象或者這個對象被delete之後其它地方還在使用的問題了。但是，如何實現這個對象的引用計數呢？肯定不是由開發人員來手動地維護了，
要開發人員時刻記住什麼時候該對這個對象的引用計數加1，什麼時候該對這個對象的引用計數減1，一來是不方便開發，二來是不可靠，一不小心哪裏多加了一個1或者多減了一個1，
就會造成災難性的後果。這時候，智能指針就粉墨登場了。首先，智能指針是一個對象，不過這個對象代表的是另外一個真實使用的對象，當智能指針指向實際對象的時候，
就是智能指針對象創建的時候，當智能指針不再指向實際對象的時候，就是智能指針對象銷燬的時候，我們知道，在C++中，對象的創建和銷燬時會分別自動地調用對象的構造函數和
析構函數，這樣，負責對真實對象的引用計數加1和減1的工作就落實到智能指針對象的構造函數和析構函數的身上了，這也是爲什麼稱這個指針對象爲智能指針的原因。
在計算機科學領域中，提供垃圾收集（Garbage Collection）功能的系統框架，即提供對象託管功能的系統框架，例如Java應用程序框架，也是採用上述的引用計數技術方案來實現的，
然而，簡單的引用計數技術不能處理系統中對象間循環引用的情況。考慮這樣的一個場景，系統中有兩個對象A和B，在對象A的內部引用了對象B，而在對象B的內部也引用了對象A。
當兩個對象A和B都不再使用時，垃圾收集系統會發現無法回收這兩個對象的所佔據的內存的，因爲系統一次只能收集一個對象，而無論系統決定要收回對象A還是要收回對象B時，
都會發現這個對象被其它的對象所引用，因而就都回收不了，這樣就造成了內存泄漏。這樣，就要採取另外的一種引用計數技術了，即對象的引用計數同時存在強引用和弱引用兩種計數，
例如，Apple公司提出的Cocoa框架，當父對象要引用子對象時，就對子對象使用強引用計數技術，而當子對象要引用父對象時，就對父對象使用弱引用計數技術，
而當垃圾收集系統執行對象回收工作時，只要發現對象的強引用計數爲0，而不管它的弱引用計數是否爲0，都可以回收這個對象，但是，如果我們只對一個對象持有弱引用計數，
當我們要使用這個對象時，就不直接使用了，必須要把這個弱引用升級成爲強引用時，才能使用這個對象，在轉換的過程中，如果對象已經不存在，那麼轉換就失敗了，
這時候就說明這個對象已經被銷燬了，不能再使用了。
瞭解了這些背景知識後，我們就可以進一步學習Android系統的智能指針的實現原理了。Android系統提供了強大的智能指針技術供我們使用，
這些智能指針實現方案既包括簡單的引用計數技術，也包括了複雜的引用計數技術，即對象既有強引用計數，也有弱引用計數，對應地，
這三種智能指針分別就稱爲輕量級指針（Light Pointer）、強指針（Strong Pointer）和弱指針（Weak Pointer）。無論是輕量級指針，還是強指針和弱指針，
它們的實現框架都是一致的，即由對象本身來提供引用計數器，但是它不會去維護這個引用計數器的值，而是由智能指針來維護，就好比是對象提供素材，
但是具體怎麼去使用這些素材，就交給智能指針來處理了。由於不管是什麼類型的對象，它都需要提供引用計數器這個素材，在C++中，
我們就可以把這個引用計數器素材定義爲一個公共類，這個類只有一個成員變量，那就是引用計數成員變量，其它提供智能指針引用的對象，都必須從這個公共類繼承下來，
這樣，這些不同的對象就天然地提供了引用計數器給智能指針使用了。總的來說就是我們在實現智能指會的過程中，第一是要定義一個負責提供引用計數器的公共類，
第二是我們要實現相應的智能指針對象類，後面我們會看到這種方案是怎麼樣實現的。