在之前的文章中分析了objc_class中的isa和bits，现在本文就来分析剩下的cache

准备工作

定义一个YPPerson类

@interface YPPerson : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *lgName;
@property (nonatomic, strong) NSString *nickName;

- (void)sayHello;

- (void)sayCode;

- (void)sayMaster;

- (void)sayNB;

+ (void)sayHappy;

@end

@implementation YPPerson
- (void)sayHello{
    NSLog(@"YPPerson say : %s",__func__);
}

- (void)sayCode{
    NSLog(@"YPPerson say : %s",__func__);
}

- (void)sayMaster{
    NSLog(@"YPPerson say : %s",__func__);
}

- (void)sayNB{
    NSLog(@"YPPerson say : %s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"YPPerson say : %s",__func__);
}
@end

在main.m中定义LGPerson类的对象p，并调用其中的4个实例方法，在p调用第三个方法处加一个断点

main.m

lldb调试

cache属性的获取，需要通过pClass的首地址平移16字节，即首地址+0x10获取cache的地址
从源码的分析中，我们知道sel-imp是在cache_t的_buckets属性中（目前处于macOS环境），而在cache_t结构体中提供了获取_buckets属性的方法buckets()
获取了_buckets属性，就可以获取sel-imp了，这两个的获取在bucket_t结构体中同样提供了相应的获取方法sel() 以及imp(pClass)

通过machoView打开target的可执行文件，在方法列表中查看其imp的地址值是否是一致的，如下所示，发现是一致的，所以打印的这个sel-imp就是YPPerson的实例方法

machoView验证

cache_t底层原理分析

cache_t结构体

{
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED
    explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets;
    explicit_atomic<mask_t> _mask;
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
    explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
    mask_t _mask_unused;
    static constexpr uintptr_t maskShift = 48;
    static constexpr uintptr_t maskZeroBits = 4;
    static constexpr uintptr_t maxMask = ((uintptr_t)1 << (64 - maskShift)) - 1;
    static constexpr uintptr_t bucketsMask = ((uintptr_t)1 << (maskShift - maskZeroBits)) - 1;
    static_assert(bucketsMask >= MACH_VM_MAX_ADDRESS, "Bucket field doesn't have enough bits for arbitrary pointers.");
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
    explicit_atomic<uintptr_t> _maskAndBuckets;
    mask_t _mask_unused;
    static constexpr uintptr_t maskBits = 4;
    static constexpr uintptr_t maskMask = (1 << maskBits) - 1;
    static constexpr uintptr_t bucketsMask = ~maskMask;
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif
#if __LP64__
    uint16_t _flags;
#endif
    uint16_t _occupied;
    ......
    ......
}

在cache_t结构体中有一个_occupied,在运行函数的时候，这里的_occupied会自增，通过cache_t结构体里面有一个函数incrementOccupied()追踪到在cache_t::insert中有_occupied+1操作。

cache_t::insert

image.png

cache_t::insert方法，理解为cache_t的插入，而cache中存储的就是sel-imp

根据occupied的值计算出当前的缓存占用量，当属性未赋值及无方法调用时，此时的occupied()为0，而newOccupied为1
- 调用init方法，occupied也会+1
- 当有属性赋值时，会隐式调用set方法，occupied也会增加
- 当有方法调用时，occupied也会增加
如果是第一次创建，则默认开辟4个

if (slowpath(isConstantEmptyCache())) { //小概率发生的 即当 occupied() = 0时，即创建缓存，创建属于小概率事件
    // Cache is read-only. Replace it.
    if (!capacity) capacity = INIT_CACHE_SIZE; //初始化时，capacity = 4（1<<2 -- 100）
    reallocate(oldCapacity, capacity, /* freeOld */false); //开辟空间
    //到目前为止，if的流程的操作都是初始化创建
}

如果缓存占用量小于等于3/4，则不作任何处理

else if (fastpath(newOccupied + CACHE_END_MARKER <= capacity / 4 * 3)) { 
    // Cache is less than 3/4 full. Use it as-is.
}

如果缓存占用量超过3/4，则需要进行两倍扩容以及重新开辟空间

    //扩容算法： 有cap时，扩容两倍，没有cap就初始化为4
    capacity = capacity ? capacity * 2 : INIT_CACHE_SIZE;  // 扩容两倍 2*4 = 8
    if (capacity > MAX_CACHE_SIZE) {
        capacity = MAX_CACHE_SIZE;
    }
    // 走到这里表示 曾经有，但是已经满了，需要重新梳理
    reallocate(oldCapacity, capacity, true);
    // 内存 扩容完毕
}

reallocate 开辟缓存空间

image.png

bucket赋值
根据cache_hash方法，即哈希算法 ，计算sel-imp存储的哈希下标，分为以下三种情况：

如果哈希下标的位置未存储sel，即该下标位置获取sel等于0，此时将sel-imp存储进去，并将occupied占用大小+1
如果当前哈希下标存储的sel == 即将插入的sel，则直接返回
如果当前哈希下标存储的sel 不等于即将插入的sel，则重新经过cache_next方法即哈希冲突算法，重新进行哈希计算，得到新的下标，再去对比进行存储

cache_hash：哈希算法

static inline mask_t cache_hash(SEL sel, mask_t mask) 
{
    return (mask_t)(uintptr_t)sel & mask; // 通过sel & mask（mask = cap -1）
}

cache_next：哈希冲突算法

#if __arm__  ||  __x86_64__  ||  __i386__
// objc_msgSend has few registers available.
// Cache scan increments and wraps at special end-marking bucket.
#define CACHE_END_MARKER 1
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
    return (i+1) & mask; //（将当前的哈希下标 +1） & mask，重新进行哈希计算，得到一个新的下标
}
#elif __arm64__
// objc_msgSend has lots of registers available.
// Cache scan decrements. No end marker needed.
#define CACHE_END_MARKER 0
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
    return i ? i-1 : mask; //如果i是空，则为mask，mask = cap -1，如果不为空，则 i-1，向前插入sel-imp
}

总结

cache_t流程图

cache_t流程图

cache_t原理分析