再看 Runtime

October 6, 2018

runtime 这个老生常谈的话题。Google一下会有不下10几篇的详细介绍 runtime 原理的文章。最近项目中因为埋点上报功能用到了，感觉相当强大。现站在巨人的肩膀上，整理些我认为比较重要的几点吧。

之前一直以为 runtime 是 OC 的特有功能，因为 swift 是一门静态语言，它从发明之出就是为了解决 OC 的运行时在决定对象的真实类型而造成的不安全。直到利用 Method Swizzling 交换了 UIViewController 的 viewWillAppear 和 viewWillDisappear 方法，实现页面进入和离开时的留存时长上报功能时，才知道原来 swift 也是可以使用 runtime 的。因为 Controller 继承自 NSObject , 底层是一个 OC 对象。

那什么时候能用 OC 的 runtime 呢？

结论是：

凡是继承自 NSObject 的类都可以使用 Runtime。

用了这么多年的 NSObject 的，它到底是什么？

struct NSObject_IMPL {
    Class isa;
};

可以看出，NSObject 本质上就是一个结构体，里面有一个 isa 的类对象。在看看这个 Class

/// An opaque type that represents an Objective-C class.
typedef struct objc_class *Class;

原来 isa 就是一个指向 objc_class 结构体的指针，顺着在看看 objc_class 结构体

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

上面有一个关键信息 isa，每一个 objc_class 结构体中都一个 isa。用来找到该对象的类或元类。引用一张非常经典的图

可以看出

实例对象的 isa 指向类对象
类对象的 isa 指向元类对象，元类的对象的 isa 指向根元类，根元类的 isa 指向它自己本身。

所以当一个实例对象调用方法对象方法时过程为：

先通过自身 isa 指针知道自己的类对象，看看类对象上有没有需要调用的方法；
如果类对象没有，则通过类对象的 super_class 指针找到类对象的父类对象，看看有没有需要调用的方法；
如果还没找到，则重复第二步，一直找到 NSObject 类时还没找到，则抛出方法找不到的错误，如果找到就返回给调用实例，并在每个经过的 struct_cache 结构体对象（本质上是一个散列表）里缓存一份，以便下次调用，提高效率。

类对象的类方法方法调用过程：

类对象通过 isa 指针找到自己的元类对象(meta class)，看自己的元类对象中有没有需要调用的方法；
如果没有，则通过元类对象的 isa 指针找到元类对象的父类，找有没有该方法；
直到找到 NSObject 的元类对象，NSObject 元类的父类为自己，所以最后都会找到 NSobject。找到则返回给调用者，没有就抛出方法找不到。

结论：

对象方法保存在类对象中
类方法保存在元类对象中

OC 的方法调用本质上就是消息发送，这也是这门语言从 SmallTalk 继承过来的特性。

所有的方法调用最终都会转成

objc_msgSend(id, SEL);

这就是 OC 经典的消息转发过程，大致可以分为三个阶段

消息发送阶段
动态解析阶段
消息转发阶段

消息发送阶段时，过程大致如下

如果方法列表已经排序了，则利用二分查找，否则顺序查找
receiver 通过 isa 指针找到 receiverClass
receiverClass 通过 super_class 指针找到父类

如果方法还没找到，就回来进入第二个阶段，动态解析过程，大致流程为

动态解析时可以根据 SEL 名来为一个方法添加具体实现

- (void)boo;

+ (BooL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(foo)) {
        Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(boo));
          class_addMethod(self, sel, method_getImplentation(method), method_getTypeEncoding(method));
          return YES;
    }
      return [super resolveInstanceMethod: sel];
}

或根据方法签名来添加

+ (BooL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
{
    if (sel == @selector(foo)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)boo, "v@:");
          return YES;
    }
      return [super resolveInstanceMethod: sel];
}

其中 v 代表方法的返回为 void，@ 代表 id 类型参数， : 代表 SEL 类型参数

如果动态解析阶段返回NO，则不会进入第三个消息转发阶段，默认返回 [super resolveInstanceMethod: sel]的执行结果，进入消息转发阶段

如果走到最后都没找到合适的方法接收者，则会抛出 unrecognized selector sent to instance 的错误。

这里感谢很大家对runtime的详细说明

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October 6, 2018

参考链接

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