總綱領(lǐng): OC底層探尋

有關(guān)上篇文章分析了objc_msgSend快速查找流程, 當(dāng)在類的方法緩存中查找不到的話, objc_msgSend就會進(jìn)入慢速查找流程, 我們來分析一下: (注, 以下代碼都是在arm64環(huán)境下的)

objc_msgSend慢速查找流程

1. CheckMiss還是JumpMiss方法實現(xiàn)

在快速查找流程中, 如果沒有找到方法實現(xiàn), 無論是走到CheckMiss還是JumpMiss, 最終都會走到__objc_msgSend_uncached匯編函數(shù).

//有關(guān)CheckMiss 以及 JumpMiss代碼, 以為沒有找到, 所以傳進(jìn)來的參數(shù)都為NORMAL, 轉(zhuǎn)而走_(dá)_objc_msgSend_uncached
.macro CheckMiss  
    // miss if bucket->sel == 0  
.if $0 == GETIMP  
    cbz p9, LGetImpMiss  
.elseif $0 == NORMAL  
    cbz p9, __objc_msgSend_uncached  
.elseif $0 == LOOKUP  
    cbz p9, __objc_msgLookup_uncached  
.else  
.abort oops  
.endif  
.endmacro  

.macro JumpMiss  
.if $0 == GETIMP  
    b   LGetImpMiss  
.elseif $0 == NORMAL  
    b   __objc_msgSend_uncached  
.elseif $0 == LOOKUP  
    b   __objc_msgLookup_uncached  
.else  
.abort oops  
.endif  
.endmacro  

2. __objc_msgSend_uncached匯編實現(xiàn)

    //其中最重要的方法是MethodTableLookup, 即查詢方法列表  
    STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached  
    UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves  

    // THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION  
    // Out-of-band p16 is the class to search  
    
    MethodTableLookup  
    TailCallFunctionPointer x17  

    END_ENTRY __objc_msgSend_uncached  

3. 注意點

在MethodTableLookup的匯編實現(xiàn)中, 我們可以看到最重要的是_lookUpImpOrForward的方法, 然后全局搜索_lookUpImpOrForward發(fā)現(xiàn)搜不到實現(xiàn)方法, 說明該方法并不是匯編實現(xiàn)的, 需要去C/C++方法中查找

• c/c++中調(diào)動匯編, 去查找匯編時, 需要將需要搜索的方法多加一個下劃線.
• 匯編中調(diào)用c/c++方法, 去查找c/c++方法時, 需要將需要查找的方法去掉一個下劃線.

4. lookUpImpOrForward實現(xiàn)

全局搜索lookUpImpOrForward方法, 在objc-runtime-new.mm中可以找到實現(xiàn)代碼, 如下:

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)  
{  
    // 定義的消息轉(zhuǎn)發(fā)  
    const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;   
    IMP imp = nil;  
    Class curClass;  

    runtimeLock.assertUnlocked();  

    // 快速查找，如果找到則直接返回imp  
    //目的：防止多線程操作時，剛好調(diào)用函數(shù)，此時緩存進(jìn)來了  
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) {   
        imp = cache_getImp(cls, sel);  
        if (imp) goto done_nolock;  
    }  
    
    //加鎖，目的是保證讀取的線程安全  
    runtimeLock.lock();  
    
    //判斷是否是一個已知的類：判斷當(dāng)前類是否是已經(jīng)被認(rèn)可的類，即已經(jīng)加載的類  
    checkIsKnownClass(cls);    
    
    //判斷類是否實現(xiàn)，如果沒有，需要先實現(xiàn)，此時的目的是為了確定父類鏈，方法后續(xù)的循環(huán)  
    if (slowpath(!cls->isRealized())) {   
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);  
    }  

    //判斷類是否初始化，如果沒有，需要先初始化  
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) {   
        cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);  
    }  

    runtimeLock.assertLocked();  
    curClass = cls;  

    //----查找類的緩存  
    
    // unreasonableClassCount -- 表示類的迭代的上限  
    //（猜測這里遞歸的原因是attempts在第一次循環(huán)時作了減一操作，然后再次循環(huán)時,仍在上限的范圍內(nèi)，所以可以繼續(xù)遞歸）  
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {   
        //---當(dāng)前類方法列表（采用二分查找算法），如果找到，則返回，將方法緩存到cache中  
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);  
        if (meth) {  
            imp = meth->imp;  
            goto done;  
        }  
        //當(dāng)前類 = 當(dāng)前類的父類，并判斷父類是否為nil   
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {  
            //--未找到方法實現(xiàn)，方法解析器也不行，使用轉(zhuǎn)發(fā)  
            imp = forward_imp;  
            break;  
        }  
 
        // 如果父類鏈中存在循環(huán)，則停止  
        if (slowpath(--attempts == 0)) {  
            _objc_fatal("Memory corruption in class list.");  
        }  

        // --父類緩存   
        imp = cache_getImp(curClass, sel);  
        if (slowpath(imp == forward_imp)) {   
            // 如果在父類中找到了forward，則停止查找，且不緩存，首先調(diào)用此類的方法解析器  
            break;  
        }  
        if (fastpath(imp)) {  
            //如果在父類中，找到了此方法，將其存儲到cache中  
            goto done;  
        }    
    }  

    //沒有找到方法實現(xiàn)，嘗試一次方法解析  

    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {  
        //動態(tài)方法決議的控制條件，表示流程只走一次  
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;   
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);  
    }  

 done:  
    //存儲到緩存   (為下次直接從緩存里面快速查找做準(zhǔn)備)
    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);   
    //解鎖  
    runtimeLock.unlock();  
 done_nolock:  
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {  
        return nil;  
    }  
    return imp;  
}

5. 分析getMethodNoSuper_nolock

//其實就是查找類的方法鏈表methed_list
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)  
{
    runtimeLock.assertLocked();  

    ASSERT(cls->isRealized());  
    // fixme nil cls?   
    // fixme nil sel?  

    auto const methods = cls->data()->methods();  
    for (auto mlists = methods.beginLists(),  
              end = methods.endLists();  
         mlists != end;  
         ++mlists)  
    {
        // <rdar://problem/46904873> getMethodNoSuper_nolock is the hottest  
        // caller of search_method_list, inlining it turns  
        // getMethodNoSuper_nolock into a frame-less function and eliminates  
        // any store from this codepath.  
        method_t *m = search_method_list_inline(*mlists, sel);  
        if (m) return m;  
    }  

    return nil;  
}  

//search_method_list_inline的實現(xiàn)
ALWAYS_INLINE static method_t *  
search_method_list_inline(const method_list_t *mlist, SEL sel)  
{  
    int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();  
    int methodListHasExpectedSize = mlist->entsize() == sizeof(method_t);  
    
    if (fastpath(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize)) {  
        return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);  
    } else {  
        // Linear search of unsorted method list  
        for (auto& meth : *mlist) {  
            if (meth.name == sel) return &meth;  
        }  
    }  

#if DEBUG  
    // sanity-check negative results  
    if (mlist->isFixedUp()) {  
        for (auto& meth : *mlist) {  
            if (meth.name == sel) {  
                _objc_fatal("linear search worked when binary search did not");  
            }  
        }  
    }  
#endif  

    return nil;  
}  

6. findMethodInSortedMethodList中用的是二分查找

二分查找也稱折半查找（Binary Search），它是一種效率較高的查找方法。但是，折半查找要求線性表必須采用順序存儲結(jié)構(gòu)，而且表中元素按關(guān)鍵字有序排列。

ALWAYS_INLINE static method_t *  
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)  
{  
    ASSERT(list);  

    const method_t * const first = &list->first;  
    const method_t *base = first;  
    const method_t *probe;  
    uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key; //key 等于 say666  
    uint32_t count;  
    //base相當(dāng)于low，count是max，probe是middle，這就是二分  
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {  
        //從首地址+下標(biāo) --> 移動到中間位置（count >> 1 左移1位即 count/2 = 4）  
        probe = base + (count >> 1);   
        
        uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;  
        
        //如果查找的key的keyvalue等于中間位置（probe）的probeValue，則直接返回中間位置  
        if (keyValue == probeValue) {   
            // -- while 平移 -- 排除分類重名方法  
            while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {  
                //排除分類重名方法（方法的存儲是先存儲類方法，在存儲分類---按照先進(jìn)后出的原則，分類方法最先出，而我們要取的類方法，所以需要先排除分類方法）  
                //如果是兩個分類，就看誰先進(jìn)行加載  
                probe--;  
            }  
            return (method_t *)probe;  
        }  
        
        //如果keyValue 大于 probeValue，就往probe即中間位置的右邊查找  
        if (keyValue > probeValue) {   
            base = probe + 1;  
            count--;  
        }  
    }  
    
    return nil;  
}  

消息轉(zhuǎn)發(fā)流程

1. forward_imp

const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;

2. _objc_msgForward_impcache 匯編實現(xiàn):

//__objc_msgForward_impcache調(diào)用__objc_msgForward
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache  

// No stret specialization.  
b   __objc_msgForward  

END_ENTRY __objc_msgForward_impcache  

//__objc_msgForward調(diào)用TailCallFunctionPointer x17
ENTRY __objc_msgForward  

adrp    x17, __objc_forward_handler@PAGE  
ldr p17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]  
TailCallFunctionPointer x17  

END_ENTRY __objc_msgForward  

3. TailCallFunctionPointer

TailCallFunctionPointer 就是返回指針的值, 返回x17, x17的值是__objc_forward_handler方法確定的

.macro TailCallFunctionPointer  
    // $0 = function pointer value  
    braaz   $0  
.endmacro  

4. __objc_forward_handler

objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)  
{  
    _objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "  
                "(no message forward handler is installed)",   
                class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-',   
                object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);  
}  
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;