Swift 中的闭包循环引用陷阱与多线程环境下的安全解决方案

题目

Swift 中的闭包循环引用陷阱与多线程环境下的安全解决方案

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐⭐

考点

ARC内存管理,闭包捕获列表,weak/unowned选择,线程安全,延迟释放

快速回答

解决闭包循环引用需注意：

• 使用捕获列表声明 [weak self] 或 [unowned self]
• 多线程下优先 weak 避免野指针崩溃
• 结合 guard let self = self else { return } 安全解包
• 异步操作中注意闭包与对象的生命周期关系
• 使用 deinit 验证对象释放

问题核心原理

Swift 使用 ARC 管理内存，当闭包捕获 self 形成强引用，且对象持有该闭包时，会产生循环引用。多线程环境下问题更复杂：

• 异步操作中对象可能在闭包执行前被释放
• 线程切换导致 unowned 引用触发野指针崩溃
• 闭包延迟执行时捕获的变量可能已失效

代码示例与解决方案

class DataProcessor {
    var processedData: [String] = []
    private var completion: (([String]) -> Void)?

    func processAsync(on queue: DispatchQueue) {
        // 危险！隐式捕获强引用 self
        queue.async { [weak self] in
            // 方案1：weak + 可选绑定
            guard let self = self else {
                print("对象已释放")
                return
            }

            let result = self.expensiveProcessing()

            // 方案2：检查对象存活状态
            DispatchQueue.main.async { [weak self] in
                self?.updateUI(with: result)
            }
        }
    }

    private func expensiveProcessing() -> [String] {
        // 耗时计算
        return ["Result1", "Result2"]
    }

    private func updateUI(with data: [String]) {
        processedData = data
    }

    deinit { print("DataProcessor 释放") }
}

// 使用示例
var processor: DataProcessor? = DataProcessor()
processor?.processAsync(on: .global())
processor = nil // 立即释放对象

最佳实践

• 捕获列表规范：始终显式声明捕获列表，即使捕获 self
• weak vs unowned：
  • 多线程环境强制使用 weak
  • 对象和闭包严格同生命周期才考虑 unowned
• 线程安全操作：
  • 在闭包起始处统一解包 weak self
  • 避免跨线程传递 unowned 引用
• 延迟释放处理：
  • 在 guard let self 分支执行资源清理
  • 使用 [weak capturedVar] 捕获外部变量

常见错误

• 错误1：遗漏捕获列表导致循环引用

  queue.async { 
      self.doSomething() // 循环引用！
  }

• 错误2：多线程误用 unowned

  queue.async { [unowned self] in
      // 若执行前对象释放 → EXC_BAD_ACCESS
      self.updateUI()
  }

• 错误3：嵌套闭包中不一致的捕获

  queue.async { [weak self] in
      self?.doSomething {
          // 内层闭包未声明 weak → 新的循环引用
          self?.finish() 
      }
  }

扩展知识

• 闭包捕获语义：Swift 闭包默认捕获引用（非值拷贝），使用 var 时需注意线程安全
• withExtendedLifetime：显式延长对象生命周期

  withExtendedLifetime(object) {
      queue.async { [weak object] in ... }
  }

• OperationQueue 依赖：复杂任务链使用 Operation 的依赖关系替代闭包嵌套
• 内存调试工具：
  • Xcode Memory Graph 检测循环引用
  • Debug Memory Graph 查看对象引用关系
  • 添加 -Xlinker -debug 启用更详细 ARC 日志