RunTime基礎(chǔ)詳解

Runtime的特性主要是消息(方法)傳遞，如果消息(方法)在對(duì)象中找不到，就進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，具體怎么實(shí)現(xiàn)的呢。我們從下面幾個(gè)方面探尋Runtime的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

Runtime介紹

Runtime消息傳遞

Runtime消息轉(zhuǎn)發(fā)

Runtime應(yīng)用

Runtime介紹

Objective-C 擴(kuò)展了 C 語言，并加入了面向?qū)ο筇匦院?Smalltalk 式的消息傳遞機(jī)制。而這個(gè)擴(kuò)展的核心是一個(gè)用 C 和 編譯語言 寫的 Runtime 庫。它是 Objective-C 面向?qū)ο蠛蛣?dòng)態(tài)機(jī)制的基石。

Objective-C 是一個(gè)動(dòng)態(tài)語言，這意味著它不僅需要一個(gè)編譯器，也需要一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)來動(dòng)態(tài)得創(chuàng)建類和對(duì)象、進(jìn)行消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)。理解 Objective-C 的 Runtime 機(jī)制可以幫我們更好的了解這個(gè)語言，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候還能對(duì)語言進(jìn)行擴(kuò)展，從系統(tǒng)層面解決項(xiàng)目中的一些設(shè)計(jì)或技術(shù)問題。了解 Runtime ，要先了解它的核心 - 消息傳遞 （Messaging）。

Runtime其實(shí)有兩個(gè)版本: “modern” 和 “l(fā)egacy”。我們現(xiàn)在用的Objective-C 2.0采用的是現(xiàn)行 (Modern) 版的Runtime系統(tǒng)，只能運(yùn)行在iOS和macOS 10.5之后的64位程序中。而macOS較老的32位程序仍采用Objective-C 1中的（早期）Legacy版本的Runtime系統(tǒng)。這兩個(gè)版本最大的區(qū)別在于當(dāng)你更改一個(gè)類的實(shí)例變量的布局時(shí)，在早期版本中你需要重新編譯它的子類，而現(xiàn)行版就不需要。

Runtime基本是用C和匯編寫的，可見蘋果為了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的高效而作出的努力。你可以在這里下到蘋果維護(hù)的開源代碼。蘋果和GNU各自維護(hù)一個(gè)開源的runtime版本，這兩個(gè)版本之間都在努力的保持一致。

平時(shí)的業(yè)務(wù)中主要是使用官方Api，解決我們框架性的需求。

高級(jí)編程語言想要成為可執(zhí)行文件需要先編譯為匯編語言再匯編為機(jī)器語言，機(jī)器語言也是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的唯一語言，但是OC并不能直接編譯為匯編語言，而是要先轉(zhuǎn)寫為純C語言再進(jìn)行編譯和匯編的操作，從OC到C語言的過渡就是由runtime來實(shí)現(xiàn)的。然而我們使用OC進(jìn)行面向?qū)ο箝_發(fā)，而C語言更多的是面向過程開發(fā)，這就需要將面向?qū)ο蟮念愞D(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻^程的結(jié)構(gòu)體。

Runtime消息傳遞

一個(gè)對(duì)象的方法像這樣[obj foo]，編譯器轉(zhuǎn)成消息發(fā)送objc_msgSend(obj, foo)，Runtime時(shí)執(zhí)行的流程是這樣的：

首先，通過obj的isa指針找到它的class;

在class的method list找foo;

如果class中沒到foo，繼續(xù)往它的superclass中找 ;

一旦找到foo這個(gè)函數(shù)，就去執(zhí)行它的實(shí)現(xiàn)IMP。

但這種實(shí)現(xiàn)有個(gè)問題，效率低。但一個(gè)class往往只有20%的函數(shù)會(huì)被經(jīng)常調(diào)用，可能占總調(diào)用次數(shù)的80%。每個(gè)消息都需要遍歷一次objc_method_list并不合理。如果把經(jīng)常被調(diào)用的函數(shù)緩存下來，那可以大大提高函數(shù)查詢的效率。這也就是objc_class中另一個(gè)重要成員objc_cache做的事情 - 再找到foo之后，把foo的method_name作為key，method_imp作為value給存起來。當(dāng)再次收到foo消息的時(shí)候，可以直接在cache里找到，避免去遍歷objc_method_list。從前面的源代碼可以看到objc_cache是存在objc_class結(jié)構(gòu)體中的。

objec_msgSend的方法定義如下：

OBJC_EXPORTidobjc_msgSend(idself, SEL op, ...)

那消息傳遞是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？我們看看對(duì)象(object)，類(class)，方法(method)這幾個(gè)的結(jié)構(gòu)體：

//對(duì)象structobjc_object{? ? Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;};//類structobjc_class{? ? Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;#if!__OBJC2__Class super_class? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;constchar*name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longversion? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinfo? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinstance_size? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_ivar_list*ivars? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_method_list**methodLists? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_cache*cache? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_protocol_list*protocols? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#endif} OBJC2_UNAVAILABLE;//方法列表structobjc_method_list{structobjc_method_list*obsolete? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;intmethod_count? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#ifdef__LP64__intspace? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#endif/* variable length structure */structobjc_methodmethod_list[1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;}? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;//方法structobjc_method{? ? SEL method_name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;char*method_types? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;? ? IMP method_imp? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;}

系統(tǒng)首先找到消息的接收對(duì)象，然后通過對(duì)象的isa找到它的類。

在它的類中查找method_list，是否有selector方法。

沒有則查找父類的method_list。

找到對(duì)應(yīng)的method，執(zhí)行它的IMP。

轉(zhuǎn)發(fā)IMP的return值。

下面講講消息傳遞用到的一些概念：

類對(duì)象(objc_class)

實(shí)例(objc_object)

元類(Meta Class)

Method(objc_method)

SEL(objc_selector)

IMP

類緩存(objc_cache)

Category(objc_category)

類對(duì)象(objc_class)

Objective-C類是由Class類型來表示的，它實(shí)際上是一個(gè)指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針。

typedefstructobjc_class*Class;

查看objc/runtime.h中objc_class結(jié)構(gòu)體的定義如下：

structobjc_class{? ? Class _Nonnull isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;#if!__OBJC2__Class _Nullable super_class? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;constchar* _Nonnull name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longversion? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinfo? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;longinstance_size? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_ivar_list* _Nullable ivars? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_method_list* _Nullable * _Nullable methodLists? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_cache* _Nonnull cache? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;structobjc_protocol_list* _Nullable protocols? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;#endif} OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_class結(jié)構(gòu)體定義了很多變量，通過命名不難發(fā)現(xiàn)，

結(jié)構(gòu)體里保存了指向父類的指針、類的名字、版本、實(shí)例大小、實(shí)例變量列表、方法列表、緩存、遵守的協(xié)議列表等，

一個(gè)類包含的信息也不就正是這些嗎？沒錯(cuò)，類對(duì)象就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct objc_class，這個(gè)結(jié)構(gòu)體存放的數(shù)據(jù)稱為元數(shù)據(jù)(metadata)，

該結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員變量也是isa指針，這就說明了Class本身其實(shí)也是一個(gè)對(duì)象，因此我們稱之為類對(duì)象，類對(duì)象在編譯期產(chǎn)生用于創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象，是單例。

實(shí)例(objc_object)

/// Represents an instance of a class.structobjc_object{? ? Class isa? OBJC_ISA_AVAILABILITY;};/// A pointer to an instance of a class.typedefstructobjc_object*id;

類對(duì)象中的元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的都是如何創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例的相關(guān)信息，那么類對(duì)象和類方法應(yīng)該從哪里創(chuàng)建呢？

就是從isa指針指向的結(jié)構(gòu)體創(chuàng)建，類對(duì)象的isa指針指向的我們稱之為元類(metaclass)，

元類中保存了創(chuàng)建類對(duì)象以及類方法所需的所有信息，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)該如下圖所示:

need-to-insert-img

元類(Meta Class)

通過上圖我們可以看出整個(gè)體系構(gòu)成了一個(gè)自閉環(huán)，struct objc_object結(jié)構(gòu)體實(shí)例它的isa指針指向類對(duì)象，

類對(duì)象的isa指針指向了元類，super_class指針指向了父類的類對(duì)象，

而元類的super_class指針指向了父類的元類，那元類的isa指針又指向了自己。

元類(Meta Class)是一個(gè)類對(duì)象的類。

在上面我們提到，所有的類自身也是一個(gè)對(duì)象，我們可以向這個(gè)對(duì)象發(fā)送消息(即調(diào)用類方法)。

為了調(diào)用類方法，這個(gè)類的isa指針必須指向一個(gè)包含這些類方法的一個(gè)objc_class結(jié)構(gòu)體。這就引出了meta-class的概念，元類中保存了創(chuàng)建類對(duì)象以及類方法所需的所有信息。

任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己。

Method(objc_method)

先看下定義

runtime.h/// An opaque type that represents a method in a class definition.代表類定義中一個(gè)方法的不透明類型typedefstructobjc_method*Method;structobjc_method{? ? SEL method_name? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;char*method_types? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;? ? IMP method_imp? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? OBJC2_UNAVAILABLE;

Method和我們平時(shí)理解的函數(shù)是一致的，就是表示能夠獨(dú)立完成一個(gè)功能的一段代碼，比如：

- (void)logName{NSLog(@"name");}

這段代碼，就是一個(gè)函數(shù)。

我們來看下objc_method這個(gè)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：

SEL method_name 方法名

char *method_types 方法類型

IMP method_imp 方法實(shí)現(xiàn)

在這個(gè)結(jié)構(gòu)體重，我們已經(jīng)看到了SEL和IMP，說明SEL和IMP其實(shí)都是Method的屬性。

我們接著來看SEL。

SEL(objc_selector)

先看下定義

Objc.h/// An opaque type that represents a method selector.代表一個(gè)方法的不透明類型typedefstructobjc_selector*SEL;

objc_msgSend函數(shù)第二個(gè)參數(shù)類型為SEL，它是selector在Objective-C中的表示類型（Swift中是Selector類）。selector是方法選擇器，可以理解為區(qū)分方法的ID，而這個(gè)ID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:

@propertySEL selector;

可以看到selector是SEL的一個(gè)實(shí)例。

A method selectorisa Cstringthat has beenregistered(or“mapped“)withthe Objective-C runtime. Selectors generatedbythe compiler are automatically mappedbythe runtimewhentheclassisloaded.

其實(shí)selector就是個(gè)映射到方法的C字符串，你可以用Objective-C編譯器命令@selector()或者Runtime系統(tǒng)的sel_registerName函數(shù)來獲得一個(gè)SEL類型的方法選擇器。

selector既然是一個(gè)string，我覺得應(yīng)該是類似className+method的組合，命名規(guī)則有兩條：

同一個(gè)類，selector不能重復(fù)

不同的類，selector可以重復(fù)

這也帶來了一個(gè)弊端，我們?cè)趯慍代碼的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用到函數(shù)重載，就是函數(shù)名相同，參數(shù)不同，但是這在Objective-C中是行不通的，因?yàn)閟elector只記了method的name，沒有參數(shù)，所以沒法區(qū)分不同的method。

比如：

- (void)caculate(NSInteger)num;- (void)caculate(CGFloat)num;

是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。

我們只能通過命名來區(qū)別：

- (void)caculateWithInt(NSInteger)num;- (void)caculateWithFloat(CGFloat)num;

在不同類中相同名字的方法所對(duì)應(yīng)的方法選擇器是相同的，即使方法名字相同而變量類型不同也會(huì)導(dǎo)致它們具有相同的方法選擇器。

IMP

看下IMP的定義

/// A pointer to the function of a method implementation.? 指向一個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的指針typedefid(*IMP)(id, SEL, ...);#endif

就是指向最終實(shí)現(xiàn)程序的內(nèi)存地址的指針。

在iOS的Runtime中，Method通過selector和IMP兩個(gè)屬性，實(shí)現(xiàn)了快速查詢方法及實(shí)現(xiàn)，相對(duì)提高了性能，又保持了靈活性。

類緩存(objc_cache)

當(dāng)Objective-C運(yùn)行時(shí)通過跟蹤它的isa指針檢查對(duì)象時(shí)，它可以找到一個(gè)實(shí)現(xiàn)許多方法的對(duì)象。然而，你可能只調(diào)用它們的一小部分，并且每次查找時(shí)，搜索所有選擇器的類分派表沒有意義。所以類實(shí)現(xiàn)一個(gè)緩存，每當(dāng)你搜索一個(gè)類分派表，并找到相應(yīng)的選擇器，它把它放入它的緩存。所以當(dāng)objc_msgSend查找一個(gè)類的選擇器，它首先搜索類緩存。這是基于這樣的理論：如果你在類上調(diào)用一個(gè)消息，你可能以后再次調(diào)用該消息。

為了加速消息分發(fā)， 系統(tǒng)會(huì)對(duì)方法和對(duì)應(yīng)的地址進(jìn)行緩存，就放在上述的objc_cache，所以在實(shí)際運(yùn)行中，大部分常用的方法都是會(huì)被緩存起來的，Runtime系統(tǒng)實(shí)際上非?？?，接近直接執(zhí)行內(nèi)存地址的程序速度。

Category(objc_category)

Category是表示一個(gè)指向分類的結(jié)構(gòu)體的指針，其定義如下：

structcategory_t{constchar*name;classref_tcls;structmethod_list_t*instanceMethods;structmethod_list_t*classMethods;structprotocol_list_t*protocols;structproperty_list_t*instanceProperties;};

name：是指 class_name 而不是 category_name。

cls：要擴(kuò)展的類對(duì)象，編譯期間是不會(huì)定義的，而是在Runtime階段通過name對(duì) 應(yīng)到對(duì)應(yīng)的類對(duì)象。

instanceMethods：category中所有給類添加的實(shí)例方法的列表。

classMethods：category中所有添加的類方法的列表。

protocols：category實(shí)現(xiàn)的所有協(xié)議的列表。

instanceProperties：表示Category里所有的properties，這就是我們可以通過objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加實(shí)例變量的原因，不過這個(gè)和一般的實(shí)例變量是不一樣的。

從上面的category_t的結(jié)構(gòu)體中可以看出，分類中可以添加實(shí)例方法，類方法，甚至可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議，添加屬性，不可以添加成員變量。

Runtime消息轉(zhuǎn)發(fā)

前文介紹了進(jìn)行一次發(fā)送消息會(huì)在相關(guān)的類對(duì)象中搜索方法列表，如果找不到則會(huì)沿著繼承樹向上一直搜索知道繼承樹根部（通常為NSObject），如果還是找不到并且消息轉(zhuǎn)發(fā)都失敗了就回執(zhí)行doesNotRecognizeSelector:方法報(bào)unrecognized selector錯(cuò)。那么消息轉(zhuǎn)發(fā)到底是什么呢？接下來將會(huì)逐一介紹最后的三次機(jī)會(huì)。

動(dòng)態(tài)方法解析

備用接收者

完整消息轉(zhuǎn)發(fā)

need-to-insert-img

動(dòng)態(tài)方法解析

首先，Objective-C運(yùn)行時(shí)會(huì)調(diào)用+resolveInstanceMethod:或者+resolveClassMethod:，讓你有機(jī)會(huì)提供一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。如果你添加了函數(shù)并返回YES， 那運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)就會(huì)重新啟動(dòng)一次消息發(fā)送的過程。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)方法解析的例子如下：

- (void)viewDidLoad {? ? [superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.//執(zhí)行foo函數(shù)[selfperformSelector:@selector(foo:)];}+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {if(sel ==@selector(foo:)) {//如果是執(zhí)行foo函數(shù)，就動(dòng)態(tài)解析，指定新的IMPclass_addMethod([selfclass], sel, (IMP)fooMethod,"v@:");returnYES;? ? }return[superresolveInstanceMethod:sel];}voidfooMethod(idobj, SEL _cmd) {NSLog(@"Doing foo");//新的foo函數(shù)}

打印結(jié)果：

2018-04-01 12:23:35.952670+0800 ocram[87546:23235469] Doing foo

可以看到雖然沒有實(shí)現(xiàn)foo:這個(gè)函數(shù)，但是我們通過class_addMethod動(dòng)態(tài)添加fooMethod函數(shù)，并執(zhí)行fooMethod這個(gè)函數(shù)的IMP。從打印結(jié)果看，成功實(shí)現(xiàn)了。

如果resolve方法返回NO，運(yùn)行時(shí)就會(huì)移到下一步：forwardingTargetForSelector。

備用接收者

如果目標(biāo)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了-forwardingTargetForSelector:，Runtime這時(shí)就會(huì)調(diào)用這個(gè)方法，給你把這個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對(duì)象的機(jī)會(huì)。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)備用接收者的例子如下：

#import"ViewController.h"#import"objc/runtime.h"@interfacePerson:NSObject@end@implementationPerson- (void)foo {NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)}@end@interfaceViewController()@end@implementationViewController- (void)viewDidLoad {? ? [superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.//執(zhí)行foo函數(shù)[selfperformSelector:@selector(foo)];}+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {returnYES;//返回YES，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)}- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {if(aSelector ==@selector(foo)) {return[Person new];//返回Person對(duì)象，讓Person對(duì)象接收這個(gè)消息}return[superforwardingTargetForSelector:aSelector];}@end

打印結(jié)果：

2018-04-01 12:45:04.757929+0800 ocram[88023:23260346] Doing foo

可以看到我們通過forwardingTargetForSelector把當(dāng)前ViewController的方法轉(zhuǎn)發(fā)給了Person去執(zhí)行了。打印結(jié)果也證明我們成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)。

完整消息轉(zhuǎn)發(fā)

如果在上一步還不能處理未知消息，則唯一能做的就是啟用完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制了。

首先它會(huì)發(fā)送-methodSignatureForSelector:消息獲得函數(shù)的參數(shù)和返回值類型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil，Runtime則會(huì)發(fā)出-doesNotRecognizeSelector:消息，程序這時(shí)也就掛掉了。如果返回了一個(gè)函數(shù)簽名，Runtime就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)NSInvocation對(duì)象并發(fā)送-forwardInvocation:消息給目標(biāo)對(duì)象。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整轉(zhuǎn)發(fā)的例子如下：

#import"ViewController.h"#import"objc/runtime.h"@interfacePerson:NSObject@end@implementationPerson- (void)foo {NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)}@end@interfaceViewController()@end@implementationViewController- (void)viewDidLoad {? ? [superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.//執(zhí)行foo函數(shù)[selfperformSelector:@selector(foo)];}+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {returnYES;//返回YES，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)}- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {returnnil;//返回nil，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)}- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {if([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"foo"]) {return[NSMethodSignaturesignatureWithObjCTypes:"v@:"];//簽名，進(jìn)入forwardInvocation}return[supermethodSignatureForSelector:aSelector];}- (void)forwardInvocation:(NSInvocation*)anInvocation {? ? SEL sel = anInvocation.selector;? ? Person *p = [Person new];if([p respondsToSelector:sel]) {? ? ? ? [anInvocation invokeWithTarget:p];? ? }else{? ? ? ? [selfdoesNotRecognizeSelector:sel];? ? }}@end

打印結(jié)果：

2018-04-01 13:00:45.423385+0800 ocram[88353:23279961] Doing foo

從打印結(jié)果來看，我們實(shí)現(xiàn)了完整的轉(zhuǎn)發(fā)。通過簽名，Runtime生成了一個(gè)對(duì)象anInvocation，發(fā)送給了forwardInvocation，我們?cè)趂orwardInvocation方法里面讓Person對(duì)象去執(zhí)行了foo函數(shù)。簽名參數(shù)v@:怎么解釋呢，這里蘋果文檔Type Encodings有詳細(xì)的解釋。

以上就是Runtime的三次轉(zhuǎn)發(fā)流程。下面我們講講Runtime的實(shí)際應(yīng)用。

Runtime應(yīng)用

Runtime簡(jiǎn)直就是做大型框架的利器。它的應(yīng)用場(chǎng)景非常多，下面就介紹一些常見的應(yīng)用場(chǎng)景。

關(guān)聯(lián)對(duì)象(Objective-C Associated Objects)給分類增加屬性

方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實(shí)現(xiàn)

消息轉(zhuǎn)發(fā)(熱更新)解決Bug(JSPatch)

實(shí)現(xiàn)NSCoding的自動(dòng)歸檔和自動(dòng)解檔

實(shí)現(xiàn)字典和模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換(MJExtension)

關(guān)聯(lián)對(duì)象(Objective-C Associated Objects)給分類增加屬性

我們都是知道分類是不能自定義屬性和變量的。下面通過關(guān)聯(lián)對(duì)象實(shí)現(xiàn)給分類添加屬性。

關(guān)聯(lián)對(duì)象Runtime提供了下面幾個(gè)接口：

//關(guān)聯(lián)對(duì)象voidobjc_setAssociatedObject(idobject,constvoid*key,idvalue, objc_AssociationPolicy policy)//獲取關(guān)聯(lián)的對(duì)象idobjc_getAssociatedObject(idobject,constvoid*key)//移除關(guān)聯(lián)的對(duì)象voidobjc_removeAssociatedObjects(idobject)

參數(shù)解釋

idobject：被關(guān)聯(lián)的對(duì)象constvoid*key：關(guān)聯(lián)的key，要求唯一idvalue：關(guān)聯(lián)的對(duì)象objc_AssociationPolicy policy：內(nèi)存管理的策略

內(nèi)存管理的策略

typedefOBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {? ? OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN =0,/**< Specifies a weak reference to the associated object. */OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC =1,/**< Specifies a strong reference to the associated object.

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is not made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC =3,/**< Specifies that the associated object is copied.

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is not made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_RETAIN =01401,/**< Specifies a strong reference to the associated object.

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is made atomically. */OBJC_ASSOCIATION_COPY =01403/**< Specifies that the associated object is copied.

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? *? The association is made atomically. */};

下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)UIView的Category添加自定義屬性defaultColor。

#import"ViewController.h"#import"objc/runtime.h"@interfaceUIView(DefaultColor)@property(nonatomic,strong)UIColor*defaultColor;@end@implementationUIView(DefaultColor)@dynamicdefaultColor;staticcharkDefaultColorKey;- (void)setDefaultColor:(UIColor*)defaultColor {? ? objc_setAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey, defaultColor, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);}- (id)defaultColor {returnobjc_getAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey);}@end@interfaceViewController()@end@implementationViewController- (void)viewDidLoad {? ? [superviewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.UIView*test = [UIViewnew];? ? test.defaultColor = [UIColorblackColor];NSLog(@"%@", test.defaultColor);}@end

打印結(jié)果：

2018-04-01 15:41:44.977732+0800 ocram[2053:63739] UIExtendedGrayColorSpace 0 1

打印結(jié)果來看，我們成功在分類上添加了一個(gè)屬性，實(shí)現(xiàn)了它的setter和getter方法。

通過關(guān)聯(lián)對(duì)象實(shí)現(xiàn)的屬性的內(nèi)存管理也是有ARC管理的，所以我們只需要給定適當(dāng)?shù)膬?nèi)存策略就行了，不需要操心對(duì)象的釋放。

我們看看內(nèi)存測(cè)量對(duì)于的屬性修飾。

內(nèi)存策略屬性修飾描述

OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN@property (assign) 或 @property (unsafe_unretained)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的弱引用。

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC@property (nonatomic, strong)@property (nonatomic, strong) 指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的強(qiáng)引用，不能被原子化使用。

OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC@property (nonatomic, copy)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的copy引用，不能被原子化使用。

OBJC_ASSOCIATION_RETAIN@property (atomic, strong)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的強(qiáng)引用，能被原子化使用。

OBJC_ASSOCIATION_COPY@property (atomic, copy)指定一個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的copy引用，能被原子化使用。

方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實(shí)現(xiàn)

方法添加

實(shí)際上添加方法剛才在講消息轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候，動(dòng)態(tài)方法解析的時(shí)候就提到了。

//class_addMethod(Class? _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL? _Nonnull name, IMP? _Nonnull imp, const char * _Nullable types)class_addMethod([selfclass],sel,(IMP)fooMethod,"v@:");

cls 被添加方法的類

name 添加的方法的名稱的SEL

imp 方法的實(shí)現(xiàn)。該函數(shù)必須至少要有兩個(gè)參數(shù)，self,_cmd

類型編碼

方法替換

下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)替換ViewController的viewDidLoad方法的例子。

@implementationViewController+ (void)load {? ? static dispatch_once_t onceToken;? ? dispatch_once(&onceToken, ^{? ? ? ? Classclass= [selfclass];SEL originalSelector =@selector(viewDidLoad);? ? ? ? SEL swizzledSelector =@selector(jkviewDidLoad);? ? ? ? ? ? ? ? Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class,originalSelector);Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class,swizzledSelector);//judge the method named? swizzledMethod is already existed.BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,originalSelector,method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));// if swizzledMethod is already existed.if(didAddMethod) {? ? ? ? ? ? class_replaceMethod(class,swizzledSelector,method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));? ? ? ? }else{? ? ? ? ? ? method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);? ? ? ? }? ? });}- (void)jkviewDidLoad {? ? NSLog(@"替換的方法");? ? ? ? [self jkviewDidLoad];}- (void)viewDidLoad {? ? NSLog(@"自帶的方法");? ? ? ? [superviewDidLoad];}@end

swizzling應(yīng)該只在+load中完成。 在Objective-C的運(yùn)行時(shí)中，每個(gè)類有兩個(gè)方法都會(huì)自動(dòng)調(diào)用。+load是在一個(gè)類被初始裝載時(shí)調(diào)用，+initialize是在應(yīng)用第一次調(diào)用該類的類方法或?qū)嵗椒ㄇ罢{(diào)用的。兩個(gè)方法都是可選的，并且只有在方法被實(shí)現(xiàn)的情況下才會(huì)被調(diào)用。

swizzling應(yīng)該只在dispatch_once中完成,由于swizzling改變了全局的狀態(tài)，所以我們需要確保每個(gè)預(yù)防措施在運(yùn)行時(shí)都是可用的。原子操作就是這樣一個(gè)用于確保代碼只會(huì)被執(zhí)行一次的預(yù)防措施，就算是在不同的線程中也能確保代碼只執(zhí)行一次。Grand Central Dispatch 的 dispatch_once滿足了所需要的需求，并且應(yīng)該被當(dāng)做使用swizzling的初始化單例方法的標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)現(xiàn)圖解如下圖。

need-to-insert-img

從圖中可以看出，我們通過swizzling特性，將selectorC的方法實(shí)現(xiàn)IMPc與selectorN的方法實(shí)現(xiàn)IMPn交換了，當(dāng)我們調(diào)用selectorC，也就是給對(duì)象發(fā)送selectorC消息時(shí)，所查找到的對(duì)應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)就是IMPn而不是IMPc了。

KVO實(shí)現(xiàn)

全稱是Key-value observing，翻譯成鍵值觀察。提供了一種當(dāng)其它對(duì)象屬性被修改的時(shí)候能通知當(dāng)前對(duì)象的機(jī)制。再M(fèi)VC大行其道的Cocoa中，KVO機(jī)制很適合實(shí)現(xiàn)model和controller類之間的通訊。

KVO的實(shí)現(xiàn)依賴于Objective-C強(qiáng)大的Runtime，當(dāng)觀察某對(duì)象A時(shí)，KVO機(jī)制動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象A當(dāng)前類的子類，并為這個(gè)新的子類重寫了被觀察屬性keyPath的setter方法。setter方法隨后負(fù)責(zé)通知觀察對(duì)象屬性的改變狀況。

Apple使用了isa-swizzling來實(shí)現(xiàn)KVO。當(dāng)觀察對(duì)象A時(shí)，KVO機(jī)制動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)新的名為：NSKVONotifying_A的新類，該類繼承自對(duì)象A的本類，且KVO為NSKVONotifying_A重寫觀察屬性的setter方法，setter方法會(huì)負(fù)責(zé)在調(diào)用原setter方法之前和之后，通知所有觀察對(duì)象屬性值的更改情況。

NSKVONotifying_A 類剖析

NSLog(@"self->isa:%@",self->isa);NSLog(@"self class:%@",[selfclass]);

在建立KVO監(jiān)聽前，打印結(jié)果為：

self->isa:Aselfclass:A

在建立KVO監(jiān)聽之后，打印結(jié)果為：

self->isa:NSKVONotifying_Aselfclass:A

在這個(gè)過程，被觀察對(duì)象的isa指針從指向原來的A類，被KVO機(jī)制修改為指向系統(tǒng)新創(chuàng)建的子類NSKVONotifying_A類，來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前類屬性值改變的監(jiān)聽；

所以當(dāng)我們從應(yīng)用層面上看來，完全沒有意識(shí)到有新的類出現(xiàn)，這是系統(tǒng)“隱瞞”了對(duì)KVO的底層實(shí)現(xiàn)過程，讓我們誤以為還是原來的類。但是此時(shí)如果我們創(chuàng)建一個(gè)新的名為“NSKVONotifying_A”的類，就會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行到注冊(cè)KVO的那段代碼時(shí)程序就崩潰，因?yàn)橄到y(tǒng)在注冊(cè)監(jiān)聽的時(shí)候動(dòng)態(tài)創(chuàng)建了名為NSKVONotifying_A的中間類，并指向這個(gè)中間類了。

子類setter方法剖析

KVO的鍵值觀察通知依賴于 NSObject 的兩個(gè)方法:willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:，在存取數(shù)值的前后分別調(diào)用 2 個(gè)方法：

被觀察屬性發(fā)生改變之前，willChangeValueForKey:被調(diào)用，通知系統(tǒng)該keyPath的屬性值即將變更；

當(dāng)改變發(fā)生后，didChangeValueForKey:被調(diào)用，通知系統(tǒng)該keyPath的屬性值已經(jīng)變更；之后，observeValueForKey:ofObject:change:context:也會(huì)被調(diào)用。且重寫觀察屬性的setter方法這種繼承方式的注入是在運(yùn)行時(shí)而不是編譯時(shí)實(shí)現(xiàn)的。

KVO為子類的觀察者屬性重寫調(diào)用存取方法的工作原理在代碼中相當(dāng)于：

- (void)setName:(NSString*)newName {? ? ? [selfwillChangeValueForKey:@"name"];//KVO 在調(diào)用存取方法之前總調(diào)用 [supersetValue:newName forKey:@"name"];//調(diào)用父類的存取方法 [selfdidChangeValueForKey:@"name"];//KVO 在調(diào)用存取方法之后總調(diào)用}

消息轉(zhuǎn)發(fā)(熱更新)解決Bug(JSPatch)

JSPatch是一個(gè) iOS 動(dòng)態(tài)更新框架，只需在項(xiàng)目中引入極小的引擎，就可以使用 JavaScript 調(diào)用任何 Objective-C 原生接口，獲得腳本語言的優(yōu)勢(shì)：為項(xiàng)目動(dòng)態(tài)添加模塊，或替換項(xiàng)目原生代碼動(dòng)態(tài)修復(fù) bug。

關(guān)于消息轉(zhuǎn)發(fā)，前面已經(jīng)講到過了，消息轉(zhuǎn)發(fā)分為三級(jí)，我們可以在每級(jí)實(shí)現(xiàn)替換功能，實(shí)現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，從而不會(huì)造成崩潰。JSPatch不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，還可以實(shí)現(xiàn)方法添加、替換能一系列功能。

實(shí)現(xiàn)NSCoding的自動(dòng)歸檔和自動(dòng)解檔

原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性，并對(duì)屬性進(jìn)行encode和decode操作。

核心方法：在Model的基類中重寫方法：

- (id)initWithCoder:(NSCoder*)aDecoder {if(self= [superinit]) {unsignedintoutCount;? ? ? ? Ivar * ivars = class_copyIvarList([selfclass], &outCount);for(inti =0; i < outCount; i ++) {? ? ? ? ? ? Ivar ivar = ivars[i];NSString* key = [NSStringstringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];? ? ? ? ? ? [selfsetValue:[aDecoder decodeObjectForKey:key] forKey:key];? ? ? ? }? ? }returnself;}- (void)encodeWithCoder:(NSCoder*)aCoder {unsignedintoutCount;? ? Ivar * ivars = class_copyIvarList([selfclass], &outCount);for(inti =0; i < outCount; i ++) {? ? ? ? Ivar ivar = ivars[i];NSString* key = [NSStringstringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];? ? ? ? [aCoder encodeObject:[selfvalueForKey:key] forKey:key];? ? }}

實(shí)現(xiàn)字典和模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換(MJExtension)

原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性，如果屬性在json中有對(duì)應(yīng)的值，則將其賦值。

核心方法：在NSObject的分類中添加方法

- (instancetype)initWithDict:(NSDictionary*)dict {if(self= [selfinit]) {//(1)獲取類的屬性及屬性對(duì)應(yīng)的類型NSMutableArray* keys = [NSMutableArrayarray];NSMutableArray* attributes = [NSMutableArrayarray];/*

? ? ? ? * 例子

? ? ? ? * name = value3 attribute = T@"NSString",C,N,V_value3

? ? ? ? * name = value4 attribute = T^i,N,V_value4

? ? ? ? */unsignedintoutCount;? ? ? ? objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([selfclass], &outCount);for(inti =0; i < outCount; i ++) {? ? ? ? ? ? objc_property_t property = properties[i];//通過property_getName函數(shù)獲得屬性的名字NSString* propertyName = [NSStringstringWithCString:property_getName(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];? ? ? ? ? ? [keys addObject:propertyName];//通過property_getAttributes函數(shù)可以獲得屬性的名字和@encode編碼NSString* propertyAttribute = [NSStringstringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];? ? ? ? ? ? [attributes addObject:propertyAttribute];? ? ? ? }//立即釋放properties指向的內(nèi)存free(properties);//(2)根據(jù)類型給屬性賦值for(NSString* keyinkeys) {if([dict valueForKey:key] ==nil)continue;? ? ? ? ? ? [selfsetValue:[dict valueForKey:key] forKey:key];? ? ? ? }? ? }returnself;}

以上就是Runtime應(yīng)用的一些場(chǎng)景，本文到此結(jié)束了。