iOS底层学习 -objc_msgSend慢速查找流程分析

上一篇中，分析了快速查找流程，如果快速查不到，则需要进入慢速查找流程，核心方法_lookUpImpOrForward。

慢速查找底层源码

_lookUpImpOrForward慢速查找流程

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    // 定义的消息转发
    const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache; 
    IMP imp = nil;
    Class curClass;

    runtimeLock.assertUnlocked();

    // 快速查找，如果找到则直接返回imp
    //目的：防止多线程操作时，刚好调用函数，此时缓存进来了
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) { 
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }
    
    //加锁，目的是保证读取的线程安全
    runtimeLock.lock();
    
    //判断是否是一个已知的类：判断当前类是否是已经被认可的类，即已经加载的类
    checkIsKnownClass(cls); 
    
    //判断类是否实现，如果没有，需要先实现，此时的目的是为了确定父类链，方法后续的循环
    if (slowpath(!cls->isRealized())) { 
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
    }

    //判断类是否初始化，如果没有，需要先初始化
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) { 
        cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
    }

    runtimeLock.assertLocked();
    curClass = cls;

    //----查找类的缓存
    
    // unreasonableClassCount -- 表示类的迭代的上限
    //（猜测这里递归的原因是attempts在第一次循环时作了减一操作，然后再次循环时,仍在上限的范围内，所以可以继续递归）
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) { 
        //---当前类方法列表（采用二分查找算法），如果找到，则返回，将方法缓存到cache中
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
        //当前类 = 当前类的父类，并判断父类是否为nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            //--未找到方法实现，方法解析器也不行，使用转发
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父类链中存在循环，则停止
        if (slowpath(--attempts == 0)) {
            _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
        }

        // --父类缓存
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (slowpath(imp == forward_imp)) { 
            // 如果在父类中找到了forward，则停止查找，且不缓存，首先调用此类的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            //如果在父类中，找到了此方法，将其存储到cache中
            goto done;
        }
    }

    //没有找到方法实现，尝试一次方法解析

    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        //动态方法决议的控制条件，表示流程只走一次
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER; 
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }

 done:
    //存储到缓存
    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass); 
    //解锁
    runtimeLock.unlock();
 done_nolock:
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
        return nil;
    }
    return imp;
}

我们来分析下整个慢速查找流程：
首先在cache缓存中进行查找，即快速查找，找到则直接返回imp。

接下来判读cls，先判断是否是已知类，如果不是则报错，再判断类是否实现，如果没有，则需要先实现，确定其父亲链，最后判断是否初始化，如果没有，则初始化。

判断完成后，就会开启一个for循环，通过方法名和当前类名去对应的方法列表查询。这是一个死循环，循环退出的条件就是(curClass->superclass) == nil。每次循环如果没有结果curClass的指针就会指向父类，直到为nil跳出循环。
其中使用了一个二分查找算法，如果查找到，则进入cache写入流程，并返回imp，否则返回nil。然后是多个判断，第一个判断是将当前cls赋值为父类，判断如果父类等于nil，则终止递归，进入消息转发。第二个判断如果父类链中存在循环，也报错，终止循环。上述条件全都满足时，就会在父类缓存中查找方法，如果未找到，则直接返回nil，继续循环查找，如果找到，则直接返回imp，执行cache写入流程。

最后判断是否执行过动态方法解析，如果没有，执行动态方法解析，如果执行过一次动态方法解析，则走到消息转发流程。

以上就是整个慢速查找流程。

getMethodNoSuper_nolock：二分查找方法列表

核心源码

ALWAYS_INLINE static method_t *
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
    const method_t * const first = &list->first;
    const method_t *base = first;
    const method_t *probe;
    uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key;
    uint32_t count;
    
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
        probe = base + (count >> 1);
        
        uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
        
        if (keyValue == probeValue) {
            while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
                probe--;
            }
            return (method_t *)probe;
        }
        
        if (keyValue > probeValue) {
            base = probe + 1;
            count--;
        }
    }
    return nil;
}

具体可分为以下几步

base指向列表第一个元素。
获取列表中间元素probe,将这个元素的方法名并转换成uintptr_t类型。比较keyValue和probeValue的大小。
如果相等，说明找到了对应的方法，然后进一步循环判断这个位置的方法的SEL是否和前一个位置方法的SEL相等，相等则可能是有分类的同名方法，指针前移，然后循环，直到离开循环条件，返回结果。
如果keyValue大于probeValue的值，base = probe + 1使其重新指向减半后的列表第一个元素，并且count --，然后重复步骤2.
如果keyValue小于probeValue的值，重复步骤2.

当完成了方法的查找之后，就会直接goto done，这一步会对查找到的方法做一个方法缓存的操作，内部会调用cache_t::insert()，方便下次调用的时候，消息发送就会通过缓存查找，走快速查找流程。

当getMethodNoSuper_nolock()没有在自己类中找到方法的时候
就会调用if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil))
把当前类指针curClass指向自己的父类，然开始从父类缓存中开始查找cache_getImp()，如果找到了就返回，否则就会回到顶部递归循环。如果一直没有查询到结果则会进入下一个流程——消息的动态转发。

总的来说，二分查找算法的核心思想，是从第一次查找开始，每次都取中间位置，与想查找的key的value值作比较，如果相等，则需要排除分类方法，然后将查询到的位置的方法实现返回，如果不相等，则需要继续二分查找，如果循环至count = 0还是没有找到，则直接返回nil。