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OC底層原理學(xué)習(xí)大綱

當(dāng)我們發(fā)送的消息，在消息接受者以及它的整個(gè)繼承鏈緩存（Cache）和方法列表（methodList）中都找不到時(shí)，系統(tǒng)給我們留了崩潰前的最后一次挽救機(jī)會(huì)。

本節(jié)將探索方法找不到時(shí)最后的挽救機(jī)會(huì) - 消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。

1. 前期準(zhǔn)備
2. 動(dòng)態(tài)方法決議
3. 消息轉(zhuǎn)發(fā)
4. 異常消息處理流程圖

1.前期準(zhǔn)備

打開objc4源文件，在main.m中加入測(cè)試代碼:

@interface HTPerson : NSObject
- (void)sayHello;
+ (void)say666;
@end

@implementation HTPerson
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        HTPerson * person  = [HTPerson alloc];
        [person sayHello];
        
    }
    return 0;
}

sayHello方法不實(shí)現(xiàn)。模擬方法找不到的場(chǎng)景。

熟悉上兩節(jié)快速查找和慢速查找內(nèi)容，知道消息在匯編層cache中高速查找，找不到imp后，會(huì)進(jìn)入C/C++混編層，調(diào)用lookUpImpOrForward 函數(shù)。在查詢cls接收者和cls的整個(gè)繼承鏈對(duì)象的cache和methodlist，都找不到對(duì)應(yīng)的imp時(shí)。我們會(huì)進(jìn)入動(dòng)態(tài)方法決議 resolveMethod_locked。

if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
    behavior ^= LOOKUP_RESOLVER; // behavior取反后,下一次進(jìn)入判斷時(shí)，if條件就不成立了。 確保動(dòng)態(tài)決議只執(zhí)行一次
    return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}

補(bǔ)充lookUpImpOrForward的入?yún)⒗斫?/p>
IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
inst：真實(shí)持有sel方法的類 （對(duì)象方法存放在類中，類方法存放在元類中）
如 對(duì)象方法： [person sayHello]， inst是HTPerson。
類方法： [HTPerson say666]， inst也是HTPerson元類

sel：方法名

cls：方法接受者的所屬類
如 對(duì)象方法： [person sayHello]， cls是HTPerson
類方法： [HTPerson say666]， cls也是HTPerson

behavior：行為參數(shù)，影響進(jìn)入動(dòng)態(tài)決議等判斷條件。

2. 動(dòng)態(tài)方法決議

進(jìn)入resolveMethod_locked

static NEVER_INLINE IMP
resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    ASSERT(cls->isRealized());

    runtimeLock.unlock();
  
    // 對(duì)象方法
    if (! cls->isMetaClass()) {
        resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
    } 
    // 類方法
    else {
        resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNil(inst, sel, cls)) {
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }
    }

    // 重新查詢一次
    return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE);
}

判斷是cls是元類還是本類：

如果不是元類，就是對(duì)象方法,直接調(diào)用resolveInstanceMethod
否則，就是類方法,先調(diào)用resolveClassMethod，再調(diào)用lookUpImpOrNil檢查是否找到imp，沒找到的話再調(diào)用resolveInstanceMethod。

意思是，如果類方法中沿著元類繼承鏈找到NSObject元類了都沒找到，再找就是NSObjet本類了，NSObjet本類存的是對(duì)象方法，所以要用resolveInstanceMethod。

最后再調(diào)用lookUpImpOrForward重新查詢一次。

分析resolveInstanceMethod：

static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
    runtimeLock.assertUnlocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    SEL resolve_sel = @selector(resolveInstanceMethod:);

    // 1. 查找類對(duì)象的元類中是否有`resolveInstanceMethod`的imp。
    // (根元類中默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了`resolveInstanceMethod`方法，所以永遠(yuǎn)不會(huì)return)
    if (!lookUpImpOrNil(cls, resolve_sel, cls->ISA())) {
        return;
    }
    
    // 2. 調(diào)用一次`resolveInstanceMethod`函數(shù)
    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(cls, resolve_sel, sel);

    // 3. 再搜索一次sel的imp
    //（如果在上面resolveInstanceMethod函數(shù)實(shí)現(xiàn)了sel，我們就拿到imp了，成功將sel和imp寫入cls的緩存中）
    IMP imp = lookUpImpOrNil(inst, sel, cls);
    
    // 做Log記錄
    if (resolved  &&  PrintResolving) {
        if (imp) {
            _objc_inform("RESOLVE: method %c[%s %s] "
                         "dynamically resolved to %p", 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), imp);
        }
        else {
            // Method resolver didn't add anything?
            _objc_inform("RESOLVE: +[%s resolveInstanceMethod:%s] returned YES"
                         ", but no new implementation of %c[%s %s] was found",
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel));
        }
    }
}

了解下lookUpImpOrNil:
static inline IMP
lookUpImpOrNil(id obj, SEL sel, Class cls, int behavior = 0)
{
   // behavior = 0， LOOKUP_CACHE = 4， LOOKUP_NIL = 8
   return lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE | LOOKUP_NIL);
}
內(nèi)部繼續(xù)調(diào)用了lookUpImpOrForward函數(shù)，不同的是，behavior變成了 0 | 4 | 8 = 12。 >這決定了進(jìn)入lookUpImpOrForward后：

fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE) = 12 & 4 = 4，條件成立，會(huì)優(yōu)先cache_getImp讀取一次緩存

slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER) = 12 & 2 = 0，不成立，不會(huì)進(jìn)入resolveMethod_locked動(dòng)態(tài)方法決議。

lookUpImpOrNil中的lookUpImpOrForward會(huì)循環(huán)遍歷cls繼承鏈的所有類的cache和methodList來(lái)尋找imp

所以resolveInstanceMethod函數(shù)，就是系統(tǒng)給開發(fā)者的一次機(jī)會(huì)。

1. 你可以在合適的地方加上resolveInstanceMethod函數(shù)。在函數(shù)內(nèi)部把sel實(shí)現(xiàn)
1. 系統(tǒng)會(huì)發(fā)送消息，調(diào)用一次 resolveInstanceMethod函數(shù)
1. 再次循環(huán)查找sel，如果在上面resolveInstanceMethod函數(shù)實(shí)現(xiàn)了sel，就可以拿到imp，并將sel和imp寫入cls的緩存中。

系統(tǒng)大哥用大白話跟你說(shuō)：老弟，我檢查到你的方法沒有實(shí)現(xiàn)，我現(xiàn)在給你一次機(jī)會(huì)，你識(shí)趣的話，就在我調(diào)用 resolveInstanceMethod函數(shù)之前，在這函數(shù)內(nèi)部把你的sel實(shí)現(xiàn)了。等到我調(diào)用完后，你還是沒實(shí)現(xiàn)的話，我就崩了你。

案例：

授人以漁

分析imp實(shí)現(xiàn)位置。

如：[person sayHello]是對(duì)象方法，對(duì)象方法是存放在本類中。[HTPerson say666]是類方法，類方法是存放在元類中。

imp寫哪里？

NSObject是所有類的父類，NSObject中有resolveInstanceMethod類方法。所以我們可以在繼承鏈的某個(gè)合適的類中重寫resolveInstanceMethod方法。在這個(gè)方法內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)imp。

授人以魚

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/message.h>

@interface BaseObject: NSObject
@end

@implementation BaseObject

- (void)handleErrorImp {
    NSLog(@"我?guī)湍銚踝”罎⒘耍蠄?bào)數(shù)據(jù)給后臺(tái)還是咋操作，你自己想");
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    
    if (sel ==  @selector(sayHello)) {
        NSLog(@"???????? %@ 沒實(shí)現(xiàn)！！????????", NSStringFromSelector(sel));
        
        IMP imp = class_getMethodImplementation(self, @selector(handleErrorImp));
        Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(handleErrorImp));
        const char * type = method_getTypeEncoding(method);
        // 將imp加入當(dāng)前類。
        return class_addMethod(self, sel, imp, type);
        
    }
    
    return [super resolveInstanceMethod: sel];
}
@end

@interface HTPerson : BaseObject
- (void)sayHello;
@end

@implementation HTPerson
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        HTPerson * person  = [HTPerson alloc];
        [person sayHello];
        
    }
    return 0;
}

HTPerson繼承自我們自定義的基類BaseObject，HTPerson中的sayHello沒實(shí)現(xiàn)，我們?cè)诨愔屑尤霐r截。將臨時(shí)imp和sel寫入基類函數(shù)列表中。成功防止了崩潰。

具體操作時(shí)，我們并不知道sel是哪個(gè)，按理說(shuō)進(jìn)入resolveInstanceMethod的所有sel都是找不到imp的。我們可以統(tǒng)一攔截進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，然后做防崩潰處理。
(比如個(gè)人中心某個(gè)深層頁(yè)面的函數(shù)未實(shí)現(xiàn)，我們直接統(tǒng)一返回個(gè)人中心，防止崩潰，同時(shí)將這次找不到的記錄上傳給后臺(tái)，讓相應(yīng)的程序員哥哥下個(gè)版本修復(fù)它)

但實(shí)際開發(fā)中，你不確定是否有人在繼承鏈上游就使用了resolveInstanceMethod黑魔法。這樣你的resolveInstanceMethod就被重寫 ?? 畢竟牛逼的人很多。

這是打印結(jié)果：

image.png

厲害的人很多，大家都知道用resolveInstanceMethod。那有沒有更厲害一點(diǎn)的呢？
------------------------------ 來(lái)了，老弟 ?? ------------------------------

3. 消息轉(zhuǎn)發(fā)

當(dāng)我們?cè)?code>動(dòng)態(tài)方法決議中不做任何處理，在崩潰前，系統(tǒng)還有2個(gè)隱藏的挽救點(diǎn)。快速轉(zhuǎn)發(fā)forwardingTargetForSelector 和慢速轉(zhuǎn)發(fā)methodSignatureForSelector

在正式介紹這2個(gè)方法前，我們應(yīng)該知道如何發(fā)現(xiàn)他們的。

方法1：日志查看

在lookUpImpOrForward中log_and_fill_cache函數(shù)中：

static void
log_and_fill_cache(Class cls, IMP imp, SEL sel, id receiver, Class implementer)
{
#if SUPPORT_MESSAGE_LOGGING
    if (slowpath(objcMsgLogEnabled && implementer)) {
        bool cacheIt = logMessageSend(implementer->isMetaClass(), 
                                      cls->nameForLogging(),
                                      implementer->nameForLogging(), 
                                      sel);
        if (!cacheIt) return;
    }
#endif
    cache_fill(cls, sel, imp, receiver);
}

我們看到在cache_fill寫入操作前，會(huì)檢查SUPPORT_MESSAGE_LOGGING是否支持消息記錄。

進(jìn)入logMessageSend函數(shù)內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)日志存放路徑在/tmp文件夾：

image.png

我們打開任意一個(gè)文件夾，按Command + Shift + G，輸入/tmp文件夾查看。發(fā)現(xiàn)并沒有msgSends名字的文件。

因?yàn)?code>系統(tǒng)默認(rèn)是關(guān)閉日志功能，objcMsgLogEnabled默認(rèn)為false。

image.png

文件內(nèi)搜索objcMsgLogEnabled，發(fā)現(xiàn)賦值操作是在instrumentObjcMessageSends中。

image.png

所以我們?cè)?code>崩潰前，手動(dòng)調(diào)用instrumentObjcMessageSends進(jìn)行日志的開啟和關(guān)閉：

測(cè)試代碼：

注意，這次不是在源碼環(huán)境。而是在任意一個(gè)正常項(xiàng)目中進(jìn)行測(cè)試。

// extern: 聲明當(dāng)前變量或函數(shù)在別的文件中定義了。不要報(bào)錯(cuò)。
extern void instrumentObjcMessageSends(BOOL flag);

@interface HTPerson : NSObject
- (void)sayHello;
@end

@implementation HTPerson
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        HTPerson * person  = [HTPerson alloc];
        instrumentObjcMessageSends(YES); // 打開記錄
        [person sayHello];
        instrumentObjcMessageSends(NO); // 關(guān)閉記錄
        
    }
    return 0;
}

運(yùn)行程序，crash后，在/tmp文件夾中看不到msgSends-92567文件

image.png

打開msgSends-92567文件，發(fā)現(xiàn)最上面的日志記錄為：

+ HTPerson NSObject resolveInstanceMethod:
+ HTPerson NSObject resolveInstanceMethod:

- HTPerson NSObject forwardingTargetForSelector:
- HTPerson NSObject forwardingTargetForSelector:

- HTPerson NSObject methodSignatureForSelector:
- HTPerson NSObject methodSignatureForSelector:

- HTPerson NSObject class

+ HTPerson NSObject resolveInstanceMethod:
+ HTPerson NSObject resolveInstanceMethod:

- HTPerson NSObject doesNotRecognizeSelector:
- HTPerson NSObject doesNotRecognizeSelector:

- HTPerson NSObject class

這是崩潰前調(diào)用的函數(shù)記錄。
我們發(fā)現(xiàn)調(diào)用者是HTPerson，我們直接在HTPerson中加入類似的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

在HTPerosn實(shí)現(xiàn)中打印這四個(gè)函數(shù)

@implementation HTPerosn

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSLog(@"%s %@", __func__ ,NSStringFromSelector(sel));
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s %@", __func__ ,NSStringFromSelector(aSelector));
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s %@", __func__ ,NSStringFromSelector(aSelector));
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

-(void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s %@", __func__ ,NSStringFromSelector(aSelector));
    return [super doesNotRecognizeSelector:aSelector];
}

@end

image.png

打印的順序和日志一樣，那這四個(gè)函數(shù)有什么用呢？

我們知道，resolveInstanceMethod動(dòng)態(tài)方法決議是系統(tǒng)給開發(fā)者留的最后一次機(jī)會(huì)。

系統(tǒng)希望開發(fā)者在resolveInstanceMethod中將未實(shí)現(xiàn)的sel完成實(shí)現(xiàn)。并且他會(huì)在給完機(jī)會(huì)后重新執(zhí)行一次lookUpImpOrForward。

打印日志中有2次resolveInstanceMethod，如果我們沒有在resolveInstanceMethod中修改。那么我們可以在第二次resolveInstanceMethod前的2個(gè)方法進(jìn)行操作。

所以我們可以在forwardingTargetForSelector和methodSignatureForSelector方法里做補(bǔ)救。

大家都知道改resolveInstanceMethod，那就讓你們隨意發(fā)揮。大佬在你們resolveInstanceMethod后面阻擊一切漏網(wǎng)之魚。??

現(xiàn)在，我們來(lái)了解大佬的法器

法器一：快速轉(zhuǎn)發(fā)forwardingTargetForSelector

官方文檔：

forwardingTargetForSelector

意思是：aSelector是沒實(shí)現(xiàn)的選擇器，我找不到實(shí)現(xiàn)的對(duì)象

既然你找不到實(shí)現(xiàn)的對(duì)象，那我就給你個(gè)實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的對(duì)象

案例：

image.png

在第一次resolveInstanceMethod之后，成功替換了實(shí)現(xiàn)方法，并攔截了崩潰。

法器二：慢速轉(zhuǎn)發(fā)methodSignatureForSelector

forwardingTargetForSelector

image.png

意思是：返回一個(gè)NSMethodSignature函數(shù)簽名對(duì)象，Discussion中說(shuō)了需要實(shí)現(xiàn)協(xié)議。搭配forwardinvocation函數(shù)使用。

image.png

點(diǎn)擊進(jìn)入NSInvocation查看格式：

image.png

我們打印invocation看看

image.png

invocation就是一個(gè)漂流瓶，只要methodSignatureForSelector返回不為nil，且實(shí)現(xiàn)了forwardinvocation函數(shù)，就一定不會(huì)崩潰。系統(tǒng)會(huì)把這個(gè)invocatio當(dāng)做一個(gè)漂流瓶，拋棄它了。 誰(shuí)想處理誰(shuí)處理，沒人處理我也不管了
invocation可以修改target接收對(duì)象和替換selector?？刹僮餍钥臻g更大。
invocation需要調(diào)用invoke對(duì)象方法執(zhí)行([invocation invoke])
必要時(shí)可以保存invocation，修改完參數(shù)再調(diào)用invoke執(zhí)行。

例如:

在HTStudent實(shí)現(xiàn)一個(gè)sayNB,然后修改anInvocation的target和selector。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
   NSLog(@"%s %@", __func__ ,NSStringFromSelector(aSelector));
   return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}

-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
   anInvocation.target = [HTStudent alloc];
   anInvocation.selector = @selector(sayNB);
   [anInvocation invoke];
}

4. 異常消息處理流程圖

異常消息處理流程圖

最后，奉上OC底層原理：objc_msgSend全流程圖

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OC底層原理十四：objc_msgSend(消息轉(zhuǎn)發(fā))

OC底層原理十四：objc_msgSend(消息轉(zhuǎn)發(fā))

1.前期準(zhǔn)備

2. 動(dòng)態(tài)方法決議

3. 消息轉(zhuǎn)發(fā)

方法1：日志查看

4. 異常消息處理流程圖

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OC底層原理十四：objc_msgSend(消息轉(zhuǎn)發(fā))

1.前期準(zhǔn)備

2. 動(dòng)態(tài)方法決議

3. 消息轉(zhuǎn)發(fā)

方法1： 日志查看

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方法1：日志查看