iOS 消息机制

OC 是一门复杂的高级语言,正是因为巧妙复杂的结构设计和内存模型,巧妙的运用isa和superClass才赋予这门语言独特的属性和特点。

  • 实例对象的isa 指针类对象,类对象的isa指针指向metaClass,metaClass的isa指针指向基类NSObject.

  • 实例对象没有superClass指针,类对象的superClass指向父类对象,一直到基类的类对象[NSObject class], NSObject的类对象指向nil。

  • metaClass对象的superClass指向父类的metaClass对象,一直到基类的metaClass对象, NSObject的metaClass对象指向类对象[NSObject class]。

isa和superClass指向

面试

  • OC消息机制
  • 消息转发机制
  • 什么是runtime?

消息机制三大步

OC中的方法调用,其实都是转换为objc_msgSend函数的调用, objc_msgSend又分为三大阶段:消息分发,动态解析,消息转发; objc_msgSend是汇编实现的因为这个方法调用频次太高了

消息分发

屏幕快照 2021-01-14 上午11.52.35.png

receiver通过isa指针找到receiverClass,receiverClass通过superclass指针找到superClass;

如果是从class_rw_t中查找方法,已经排序的,二分查找;没有排序的,遍历查找;

方法缓存需要用到cache_t cache哈希表;

/***********************************************************************
* lookUpImpOrForward.
* The standard IMP lookup. 
* initialize==NO tries to avoid +initialize (but sometimes fails)
* cache==NO skips optimistic unlocked lookup (but uses cache elsewhere)
* Most callers should use initialize==YES and cache==YES.
* inst is an instance of cls or a subclass thereof, or nil if none is known. 
*   If cls is an un-initialized metaclass then a non-nil inst is faster.
* May return _objc_msgForward_impcache. IMPs destined for external use 
*   must be converted to _objc_msgForward or _objc_msgForward_stret.
*   If you don't want forwarding at all, use lookUpImpOrNil() instead.
**********************************************************************/
IMP lookUpImpOrForward(Class cls, SEL sel, id inst, 
                       bool initialize, bool cache, bool resolver)
{
    IMP imp = nil;
    bool triedResolver = NO;

    runtimeLock.assertUnlocked();

    // Optimistic cache lookup
    if (cache) {//去缓存中查找
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) return imp;
    }

    // runtimeLock is held during isRealized and isInitialized checking
    // to prevent races against concurrent realization.

    // runtimeLock is held during method search to make
    // method-lookup + cache-fill atomic with respect to method addition.
    // Otherwise, a category could be added but ignored indefinitely because
    // the cache was re-filled with the old value after the cache flush on
    // behalf of the category.

    runtimeLock.read();

    if (!cls->isRealized()) {
        // Drop the read-lock and acquire the write-lock.
        // realizeClass() checks isRealized() again to prevent
        // a race while the lock is down.
        runtimeLock.unlockRead();
        runtimeLock.write();

        realizeClass(cls);

        runtimeLock.unlockWrite();
        runtimeLock.read();
    }

    if (initialize  &&  !cls->isInitialized()) {
        runtimeLock.unlockRead();
        _class_initialize (_class_getNonMetaClass(cls, inst));
        runtimeLock.read();
        // If sel == initialize, _class_initialize will send +initialize and 
        // then the messenger will send +initialize again after this 
        // procedure finishes. Of course, if this is not being called 
        // from the messenger then it won't happen. 2778172
    }

    
 retry:    
    runtimeLock.assertReading();

    // Try this class's cache.

    imp = cache_getImp(cls, sel);
    if (imp) goto done;

    // Try this class's method lists.
    {
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(cls, sel);
        if (meth) {
            log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, cls);
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
    }

    // Try superclass caches and method lists.去父类中查找
    {
        unsigned attempts = unreasonableClassCount();
        for (Class curClass = cls->superclass;
             curClass != nil;
             curClass = curClass->superclass)
        {
            // Halt if there is a cycle in the superclass chain.
            if (--attempts == 0) {
                _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
            }
            
            // Superclass cache.
            imp = cache_getImp(curClass, sel);
            if (imp) {
                if (imp != (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
                    // Found the method in a superclass. Cache it in this class.
                    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);//找到之后先缓存到当前类对象的列表中,
                    goto done; //接着跳到 done:去执行返回IMP
                }
                else {
                    // Found a forward:: entry in a superclass.
                    // Stop searching, but don't cache yet; call method 
                    // resolver for this class first.
                    break;
                }
            }
            
            // Superclass method list.
            Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
            if (meth) {
                log_and_fill_cache(cls, meth->imp, sel, inst, curClass);
                imp = meth->imp;
                goto done;
            }
        }
    }

    // No implementation found. Try method resolver once.
//当方法执行到这里的时候说明,方法的实现查找不到,接下来通过_class_resolveMethod会执行第二个阶段了;
    if (resolver  &&  !triedResolver) {
        runtimeLock.unlockRead();
        _class_resolveMethod(cls, sel, inst);
        runtimeLock.read();
        // Don't cache the result; we don't hold the lock so it may have 
        // changed already. Re-do the search from scratch instead.
        triedResolver = YES;
        goto retry;
    }

    // No implementation found, and method resolver didn't help. 
    // Use forwarding.
//如果第二部仍然没有添加方法,接下来通过_objc_msgForward_impcache会执行第三个阶段了;
    imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
    cache_fill(cls, sel, imp, inst);

 done:
    runtimeLock.unlockRead();

    return imp;
}

动态解析

根据类对象或元类对象执行 [cls resolveInstanceMethod:sel] 或者[nonMetaClass resolveClassMethod:sel], 我们可以在这个方法里动态添加方法,然后回到消息分发阶段从新执行,所以仍然会把IMP添加到缓存中;


屏幕快照 2021-01-14 下午2.14.32.png
/***********************************************************************
* _class_resolveMethod
* Call +resolveClassMethod or +resolveInstanceMethod.
* Returns nothing; any result would be potentially out-of-date already.
* Does not check if the method already exists.
**********************************************************************/
void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
        if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                            NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
        {
            _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
        }
    }
}

我们会在类对象中动态添加方法

struct method_t {
    SEL sel;
    char * types;
    IMP imp;
};
@implementation MJGoodStudent

-(void)other{
    NSLog(@"%s", __func__);
}

void c_other(id self, SEL _cmd){
    NSLog(@"");
}
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel{
    if (sel == @selector(test)){
方法1:
        struct method_t * otherMethod_t = (struct method_t * )class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
        class_addMethod(self, sel, otherMethod_t->imp, otherMethod_t->types);
方法2:
/*
  Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(other));
        class_addMethod(self, sel, method_getImplementation(method), method_getTypeEncoding(method));
*/
方法3:
/*
        class_addMethod(self, sel, c_other, "v16@0:8");
*/
      return YES;
    }
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

消息转发

如果第二部没有添加方法的实现,会通过第三部进行方法转发:

    imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
    cache_fill(cls, sel, imp, inst);
屏幕快照 2021-01-14 下午3.10.07.png
  • forwardingTargetForSelector返回一个对象,会在泽恒对象中查找aSelector,然后去调用;
@interface OtherClass : NSObject

-(void)test;

@end

@implementation OtherClass

-(void)test{
    
}
@end


@implementation MJGoodStudent

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [[OtherClass alloc] init];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
  • 如果forwardingTargetForSelector没有实现或者返回的Target为nil的话,会执行methodSignatureForSelector获取方法签名, 然后通过forwardInvocation方法得到NSInvocation,可以在forwardInvocation方法中为所欲为:空实现或者重置NSInvocation的target的值;
@interface OtherClass : NSObject
-(void)test;
@end

@implementation OtherClass
-(void)test{   
}
@end

@implementation MJGoodStudent

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    if (aSelector == @selector(test)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v16@0:8"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{

    //anInvocation参数顺序:reviver, selector, other arguments
    //int age;
    //[anInvocation getArgument:&age atIndex:2];
    anInvocation.target = [[OtherClass alloc]init];
    [anInvocation invokeWithTarget:[[OtherClass alloc]init]];
    int res;
    [anInvocation getReturnValue:&res];
    
}

面试参考

  • OC消息机制

OC中的方法调用,其实都是转换为objc_msgSend函数的调用, objc_msgSend又分为三大阶段:消息分发,动态解析,消息转发;
分别阐述三大步骤

  • 消息转发机制

如果没有通过方法动态解析,添加方法的话,说明当前对象没能力处理这个消息,所以会通过消息转发去寻找别的对象。

  • 什么是runtime?
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