Runtime簡介

Runtime是什么呢?比較官方的解釋是

Runtime 又叫運行時，是一套底層的 C 語言 API，其為 iOS 內(nèi)部的核心之一

那Runtime的作用又是什么呢?

OC是一門動態(tài)語言,它會將一些工作放在代碼運行時才處理而并非編譯時。也就是說，有很多類和成員變量在我們編譯的時是不知道的，而在運行時，我們所編寫的代碼會轉(zhuǎn)換成完整的確定的代碼運行。因此，編譯器是不夠的，我們還需要一個運行時系統(tǒng)(Runtime system)來處理編譯后的代碼。

Runtime中的基本概念

對象

typedef struct objc_object {
    Class isa;
} *id;

文檔描述

A pointer to an instance of a class.
一個指向?qū)嵗龑ο蟮闹羔?br> When you create an instance of a particular class, the allocated memory contains an objc_object data structure, which is directly followed by the data for the instance variables of the class.
當(dāng)你創(chuàng)建一個一個特定類的實例時,將會被分配一塊包含objc_object的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是這個類的變量
The alloc and alloc<wbr>With<wbr>Zone: methods of the Foundation framework class NSObject use the function class_createInstance to create objc_object data structures.

id(任意對象)是一個 objc_object 結(jié)構(gòu)類型的指針， 其第一個成員是一個 objc_class 結(jié)構(gòu)類型的指針。

類

Objective-C類是由Class類型來表示的，Class 是一個 objc_class 結(jié)構(gòu)類型的指針;

typedef struct objc_class *Class; 

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

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;
/* Use `Class` instead of `struct objc_class *` */

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、實例大小、實例變量鏈表、方法鏈表、緩存、遵守的協(xié)議鏈表等。簡單說明下作用

• isa:是一個 objc_class 類型的指針，看到這里，想起我前面的引申解讀了沒?內(nèi)存布局以一個
• objc_class 指 針為開始的所有東東都可以當(dāng)做一個 object 來對待! 這就是說 objc_class 或者說類其實也可以當(dāng)做一個
• name:一個 C 字符串，指示類的名稱。我們可以在運行期，通過這個名稱查找到該類(通過:id objc_getClass(const char *aClassName))或該類的 metaclass(id objc_getMetaClass(const char *aClassName));
• version:類的版本信息，默認(rèn)初始化為 0。我們可以在運行期對其進行修改(class_setVersion)或獲 取(class_getVersion)。
• info:供運行期使用的一些位標(biāo)識。有如下一些位掩碼:
  CLS_CLASS (0x1L) 表示該類為普通 class ，其中包含實例方法和變量;
  CLS_META (0x2L) 表示該類為 metaclass，其中包含類方法;
  CLS_INITIALIZED (0x4L) 表示該類已經(jīng)被運行期初始化了，這個標(biāo)識位只被 objc_addClass 所設(shè)置; CLS_POSING (0x8L) 表示該類被 pose 成其他的類;(poseclass 在 ObjC 2.0 中被廢棄了); CLS_MAPPED (0x10L) 為 ObjC 運行期所使用
  CLS_FLUSH_CACHE (0x20L) 為 ObjC 運行期所使用
  CLS_GROW_CACHE (0x40L) 為 ObjC 運行期所使用
  CLS_NEED_BIND (0x80L) 為 ObjC 運行期所使用
  CLS_METHOD_ARRAY (0x100L) 該標(biāo)志位指示 methodlists 是指向一個 objc_method_list 還是 一個包含 objc_method_list 指針的數(shù)組;
• instance_size:該類的實例變量大小(包括從父類繼承下來的實例變量);
• ivars:指向 objc_ivar_list 的指針，存儲每個實例變量的內(nèi)存地址，如果該類沒有任何實例變量則為NULL;
• methodLists:與 info 的一些標(biāo)志位有關(guān)，CLS_METHOD_ARRAY 標(biāo)識位決定其指向的東西(是指 向單個 objc_method_list 還是一個 objc_method_list 指針數(shù)組)，如果 info 設(shè)置了 CLS_CLASS 則 objc_method_list 存儲實例方法，如果設(shè)置的是 CLS_META 則存儲類方法;
• cache:指向 objc_cache 的指針，用來緩存最近使用的方法，以 高效率;
• protocols:指向 objc_protocol_list 的指針，存儲該類聲明要遵守的正式協(xié)議。

一個類包含的信息也不就正是這些嗎？沒錯，類對象就是一個結(jié)構(gòu)體struct objc_class，這個結(jié)構(gòu)體存放的數(shù)據(jù)稱為元數(shù)據(jù)(metadata)，
該結(jié)構(gòu)體的第一個成員變量也是isa指針，這就說明了Class本身其實也是一個對象，因此我們稱之為類對象，類對象在編譯期產(chǎn)生用于創(chuàng)建實例對象，是單例。

類對象中的元數(shù)據(jù)存儲的都是如何創(chuàng)建一個實例的相關(guān)信息，那么類對象和類方法應(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)建類對象以及類方法所需的所有信息，因此整個結(jié)構(gòu)應(yīng)該如下圖所示:

如圖所示
每一個實例包含一個isa對象
isa指向類，類是一個objc_class結(jié)構(gòu)體，包含實例的方法列表，參數(shù)列表，category等，除此之外，objc_class中還有一個super_class，指向其類的父類，isa指針，這里的isa指針指向元類，即metaClass,元類存儲類方法等信息
元類里也包含isa指針，元類里的isa指針指向 根元類，根元類的isa指針指向自己
obj_msgSend發(fā)送實例消息的時候，先找到實例，然后通過實例的isa指針找到類的方法列表及參數(shù)列表等，如果找到，返回，如果沒有找到，則通過super_class在其父類中重復(fù)此過程
obj_msgSend發(fā)送類消息的時候，通過類的isa,找到元類，然后流程與步驟4相同

Method(objc_method)

先看下定義

runtime.h
/// An opaque type that represents a method in a class definition.代表類定義中一個方法的不透明類型
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

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

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

這段代碼，就是一個函數(shù)。
我們來看下objc_method這個結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：

SEL method_name 方法名
char *method_types 方法類型
IMP method_imp 方法實現(xiàn)
在這個結(jié)構(gòu)體重，我們已經(jīng)看到了SEL和IMP，說明SEL和IMP其實都是Method的屬性。

SEL(objc_selector)

先看下定義

Objc.h
/// An opaque type that represents a method selector.代表一個方法的不透明類型
typedef struct objc_selector *SEL;

objc_msgSend函數(shù)第二個參數(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 ID 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:

@property SEL selector;
可以看到selector是SEL的一個實例。

A method selector is a C string that has been registered (or “mapped“) with the Objective-C runtime. Selectors generated by the compiler are automatically mapped by the runtime when the class is loaded.
其實selector就是個映射到方法的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 SEL 類型的方法選擇器。

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

同一個類，selector不能重復(fù)
不同的類，selector可以重復(fù)
這也帶來了一個弊端，我們在寫C代碼的時候，經(jīng)常會用到函數(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，因為selector只記了method的name，沒有參數(shù)，所以沒法區(qū)分不同的method。

SEL的作用

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    // 1.SEL類型的第一個作用, 配合對象/類來檢查對象/類中有沒有實現(xiàn)某一個方法
    /*
    SEL sel = @selector(setAge:);
    Person *p = [Person new];
    // 判斷p對象中有沒有實現(xiàn)-號開頭的setAge:方法
    // 如果P對象實現(xiàn)了setAge:方法那么就會返回YES
    // 如果P對象沒有實現(xiàn)setAge:方法那么就會返回NO
    BOOL flag = [p respondsToSelector:sel];
    NSLog(@"flag = %i", flag);
    
    // respondsToSelector注意點: 如果是通過一個對象來調(diào)用該方法那么會判斷該對象有沒有實現(xiàn)-號開頭的方法
    // 如果是通過類來調(diào)用該方法, 那么會判斷該類有沒有實現(xiàn)+號開頭的方法
    SEL sel1 = @selector(test);
    flag = [p respondsToSelector:sel1];
    NSLog(@"flag = %i", flag);
    
    flag = [Person respondsToSelector:sel1];
    NSLog(@"flag = %i", flag);
     */
    
    
    // 2.SEL類型的第二個作用, 配合對象/類來調(diào)用某一個SEL方法
    /*
    SEL sel = @selector(demo);
    Person *p = [Person new];
    // 調(diào)用p對象中sel類型對應(yīng)的方法
    [p performSelector:sel];
    
    SEL sel1 = @selector(signalWithNumber:);
    // withObject: 需要傳遞的參數(shù)
    // 注意: 如果通過performSelector調(diào)用有參數(shù)的方法, 那么參數(shù)必須是對象類型,
    // 也就是說方法的形參必須接受的是一個對象, 因為withObject只能傳遞一個對象
    [p performSelector:sel1 withObject:@"13838383438"];
    
    SEL sel2 = @selector(setAge:);
    [p performSelector:sel2 withObject:@(5)];
    NSLog(@"age = %i", p.age);
    
    // 注意:performSelector最多只能傳遞2個參數(shù)
    SEL sel3 = @selector(sendMessageWithNumber:andContent:);
    [p performSelector:sel3 withObject:@"138383438" withObject:@"abcdefg"];
     */
    
    // 3.配合對象將SEL類型作為方法的形參
    Car *c = [Car new];
    SEL sel = @selector(run);
    
    Person *p = [Person new];
    [p makeObject:c andSel:sel];
    return 0;
}

@interface Car : NSObject
- (void)run;
@end

@interface Person : NSObject

@property int age;

+ (void)test;
- (void)demo;

- (void)signalWithNumber:(NSString *)number;

- (void)sendMessageWithNumber:(NSString *)number andContent:(NSString *)content;

// 調(diào)用傳入對象的指定方法
- (void)makeObject:(id)obj andSel:(SEL)sel;
@end

#import "Person.h"

@implementation Person

+ (void)test
{
    NSLog(@"test");
}

- (void)demo
{
    NSLog(@"demo");
}

- (void)signalWithNumber:(NSString *)number
{
    NSLog(@"number = %@", number);
}

- (void)sendMessageWithNumber:(NSString *)number andContent:(NSString *)content
{
    NSLog(@"number = %@, content = %@", number, content);
}

- (void)makeObject:(id)obj andSel:(SEL)sel
{
    [obj performSelector:sel];
}
@end

IMP

看下IMP的定義

/// A pointer to the function of a method implementation.  指向一個方法實現(xiàn)的指針
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...); 
#endif

就是指向最終實現(xiàn)程序的內(nèi)存地址的指針。
在iOS的Runtime中，Method通過selector和IMP兩個屬性，實現(xiàn)了快速查詢方法及實現(xiàn)，相對提高了性能，又保持了靈活性。

類緩存(objc_cache)

當(dāng)Objective-C運行時通過跟蹤它的isa指針檢查對象時，它可以找到一個實現(xiàn)許多方法的對象。然而，你可能只調(diào)用它們的一小部分，并且每次查找時，搜索所有選擇器的類分派表沒有意義。所以類實現(xiàn)一個緩存，每當(dāng)你搜索一個類分派表，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)會對方法和對應(yīng)的地址進行緩存，就放在上述的objc_cache，所以在實際運行中，大部分常用的方法都是會被緩存起來的，Runtime系統(tǒng)實際上非常快，接近直接執(zhí)行內(nèi)存地址的程序速度。

Category(objc_category)

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

struct category_t { 
    const char *name; 
    classref_t cls; 
    struct method_list_t *instanceMethods; 
    struct method_list_t *classMethods;
    struct protocol_list_t *protocols;
    struct property_list_t *instanceProperties;
};

name：是指 class_name 而不是 category_name。
cls：要擴展的類對象，編譯期間是不會定義的，而是在Runtime階段通過name對 應(yīng)到對應(yīng)的類對象。
instanceMethods：category中所有給類添加的實例方法的列表。
classMethods：category中所有添加的類方法的列表。
protocols：category實現(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增加實例變量的原因，不過這個和一般的實例變量是不一樣的。
從上面的category_t的結(jié)構(gòu)體中可以看出，分類中可以添加實例方法，類方法，甚至可以實現(xiàn)協(xié)議，添加屬性，不可以添加成員變量。

Runtime的消息傳遞

一個對象的方法像這樣[obj foo]，編譯器轉(zhuǎn)成消息發(fā)送objc_msgSend(obj, foo)，Runtime時執(zhí)行的流程是這樣的：

1??首先，通過obj的isa指針找到它的 class ;
2??在 class 的 method list 找 foo ;
3??如果 class 中沒到 foo，繼續(xù)往它的 superclass 中找 ;
4??一旦找到 foo 這個函數(shù)，就去執(zhí)行它的實現(xiàn)IMP 。

但這種實現(xiàn)有個問題，效率低。但一個class 往往只有 20% 的函數(shù)會被經(jīng)常調(diào)用，可能占總調(diào)用次數(shù)的 80% 。每個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_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)
那消息傳遞是怎么實現(xiàn)的呢？我們看看對象(object)，類(class)，方法(method)這幾個的結(jié)構(gòu)體：

//對象
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
//類
struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法列表
struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法
struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

1??系統(tǒng)首先找到消息的接收對象，然后通過對象的isa找到它的類。
2??在它的類中查找method_list，是否有selector方法。
3??沒有則查找父類的method_list。
4??找到對應(yīng)的method，執(zhí)行它的IMP。
5??轉(zhuǎn)發(fā)IMP的return值。

Runtime的消息轉(zhuǎn)發(fā)

前文介紹了進行一次發(fā)送消息會在相關(guān)的類對象中搜索方法列表，如果找不到則會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unrecognized selector錯。那么消息轉(zhuǎn)發(fā)到底是什么呢？接下來將會逐一介紹最后的三次機會。

• 動態(tài)方法解析
• 備用接收者
• 完整消息轉(zhuǎn)發(fā)

動態(tài)方法解析

首先，Objective-C運行時會調(diào)用 +resolveInstanceMethod:或者 +resolveClassMethod:，讓你有機會提供一個函數(shù)實現(xiàn)。如果你添加了函數(shù)并返回YES， 那運行時系統(tǒng)就會重新啟動一次消息發(fā)送的過程。

實現(xiàn)一個動態(tài)方法解析的例子如下：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //執(zhí)行foo函數(shù)
    [self performSelector:@selector(foo:)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(foo:)) {//如果是執(zhí)行foo函數(shù)，就動態(tài)解析，指定新的IMP
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)fooMethod, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

void fooMethod(id obj, 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現(xiàn)foo:這個函數(shù)，但是我們通過class_addMethod動態(tài)添加fooMethod函數(shù)，并執(zhí)行fooMethod這個函數(shù)的IMP。從打印結(jié)果看，成功實現(xiàn)了。

如果resolve方法返回 NO ，運行時就會移到下一步：forwardingTargetForSelector。

備用接收者

如果目標(biāo)對象實現(xiàn)了-forwardingTargetForSelector:，Runtime 這時就會調(diào)用這個方法，給你把這個消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象的機會。

實現(xiàn)一個備用接收者的例子如下：

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface Person: NSObject

@end

@implementation Person

- (void)foo {
    NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //執(zhí)行foo函數(shù)
    [self performSelector:@selector(foo)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;//返回YES，進入下一步轉(zhuǎn)發(fā)
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(foo)) {
        return [Person new];//返回Person對象，讓Person對象接收這個消息
    }
    
    return [super forwardingTargetForSelector: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)機制了。
首先它會發(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則會發(fā)出 -doesNotRecognizeSelector: 消息，程序這時也就掛掉了。如果返回了一個函數(shù)簽名，Runtime就會創(chuàng)建一個NSInvocation 對象并發(fā)送 -forwardInvocation:消息給目標(biāo)對象。

實現(xiàn)一個完整轉(zhuǎn)發(fā)的例子如下：

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface Person: NSObject

@end

@implementation Person

- (void)foo {
    NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //執(zhí)行foo函數(shù)
    [self performSelector:@selector(foo)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;//返回YES，進入下一步轉(zhuǎn)發(fā)
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return nil;//返回nil，進入下一步轉(zhuǎn)發(fā)
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"foo"]) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];//簽名，進入forwardInvocation
    }

    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL sel = anInvocation.selector;

    Person *p = [Person new];
    if([p respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:p];
    }
    else {
        [self doesNotRecognizeSelector: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，我們實現(xiàn)了完整的轉(zhuǎn)發(fā)。通過簽名，Runtime生成了一個對象anInvocation，發(fā)送給了forwardInvocation，我們在forwardInvocation方法里面讓Person對象去執(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有詳細的解釋。

Runtime的應(yīng)用

1??關(guān)聯(lián)對象(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)對象實現(xiàn)給分類添加屬性。

關(guān)聯(lián)對象Runtime提供了下面幾個接口：

//關(guān)聯(lián)對象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
//獲取關(guān)聯(lián)的對象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
//移除關(guān)聯(lián)的對象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)

參數(shù)解釋

id object：被關(guān)聯(lián)的對象
const void *key：關(guān)聯(lián)的key，要求唯一
id value：關(guān)聯(lián)的對象
objc_AssociationPolicy policy：內(nèi)存管理的策略

內(nèi)存管理的策略

typedef OBJC_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. */
};

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

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface UIView (DefaultColor)

@property (nonatomic, strong) UIColor *defaultColor;

@end

@implementation UIView (DefaultColor)

@dynamic defaultColor;

static char kDefaultColorKey;

- (void)setDefaultColor:(UIColor *)defaultColor {
    objc_setAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey, defaultColor, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (id)defaultColor {
    return objc_getAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey);
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    UIView *test = [UIView new];
    test.defaultColor = [UIColor blackColor];
    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屬性，實現(xiàn)了它的setter和getter方法。
通過關(guān)聯(lián)對象實現(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，不需要操心對象的釋放。

我們看看內(nèi)存測量對于的屬性修飾。

方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實現(xiàn)

方法添加

實際上添加方法剛才在講消息轉(zhuǎn)發(fā)的時候，動態(tài)方法解析的時候就提到了。

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

• cls 被添加方法的類
• name 添加的方法的名稱的SEL
• imp 方法的實現(xiàn)。該函數(shù)必須至少要有兩個參數(shù)，self,_cmd
• 類型編碼

方法替換

下面實現(xiàn)一個替換ViewController的viewDidLoad方法的例子。

@implementation ViewController

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        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");

    [super viewDidLoad];
}

@end

swizzling應(yīng)該只在+load中完成。 在 Objective-C 的運行時中，每個類有兩個方法都會自動調(diào)用。+load 是在一個類被初始裝載時調(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。兩個方法都是可選的，并且只有在方法被實現(xiàn)的情況下才會被調(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預(yù)防措施在運行時都是可用的。原子操作就是這樣一個用于確保代碼只會被執(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)。

實現(xiàn)圖解如下圖。

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

KVO實現(xiàn)

全稱是Key-value observing，翻譯成鍵值觀察。提供了一種當(dāng)其它對象屬性被修改的時候能通知當(dāng)前對象的機制。再MVC大行其道的Cocoa中，KVO機制很適合實現(xiàn)model和controller類之間的通訊。
KVO的實現(xiàn)依賴于 Objective-C 強大的 Runtime，當(dāng)觀察某對象 A 時，KVO 機制動態(tài)創(chuàng)建一個對象A當(dāng)前類的子類，并為這個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)通知觀察對象屬性的改變狀況。

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

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

在建立KVO監(jiān)聽前，打印結(jié)果為：

self->isa:A
self class:A

在建立KVO監(jiān)聽之后，打印結(jié)果為：

self->isa:NSKVONotifying_A
self class:A

在這個過程，被觀察對象的 isa 指針從指向原來的 A 類，被KVO 機制修改為指向系統(tǒng)新創(chuàng)建的子類NSKVONotifying_A 類，來實現(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，完全沒有意識到有新的類出現(xiàn)，這是系統(tǒng)“隱瞞”了對 KVO 的底層實現(xiàn)過程，讓我們誤以為還是原來的類。但是此時如果我們創(chuàng)建一個新的名為“NSKVONotifying_A”的類，就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行到注冊 KVO 的那段代碼時程序就崩潰，因為系統(tǒng)在注冊監(jiān)聽的時候動態(tài)創(chuàng)建了名為 NSKVONotifying_A 的中間類，并指向這個中間類了。

子類setter方法剖析
KVO 的鍵值觀察通知依賴于 NSObject 的兩個方法:willChangeValueForKey:和 didChangeValueForKey: ，在存取數(shù)值的前后分別調(diào)用 2 個方法：
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行時而不是編譯時實現(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 { 
      [self willChangeValueForKey:@"name"];    //KVO 在調(diào)用存取方法之前總調(diào)用 
      [super setValue:newName forKey:@"name"]; //調(diào)用父類的存取方法 
      [self didChangeValueForKey:@"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 iOS 動態(tài)更新框架，只需在項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：為項目動態(tài)添加模塊，或替換項目原生代碼動態(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，我們可以在每級實現(xiàn)替換功能，實現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，從而不會造成崩潰。JSPatch不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，還可以實現(xiàn)方法添加、替換能一系列功能。

實現(xiàn)NSCoding的自動歸檔和自動解檔

原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性，并對屬性進行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 = [super init]) {
        unsigned int outCount;
        Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
            Ivar ivar = ivars[I];
            NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
            [self setValue:[aDecoder decodeObjectForKey:key] forKey:key];
        }
    }
    return self;
}

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
    unsigned int outCount;
    Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
        Ivar ivar = ivars[I];
        NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        [aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key];
    }
}

實現(xiàn)字典和模型的自動轉(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 = [self init]) {
        //(1)獲取類的屬性及屬性對應(yīng)的類型
        NSMutableArray * keys = [NSMutableArray array];
        NSMutableArray * attributes = [NSMutableArray array];
        /*
         * 例子
         * name = value3 attribute = T@"NSString",C,N,V_value3
         * name = value4 attribute = T^i,N,V_value4
         */
        unsigned int outCount;
        objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([self class], &outCount);
        for (int i = 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 = [NSString stringWithCString: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 = [NSString stringWithCString: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 * key in keys) {
            if ([dict valueForKey:key] == nil) continue;
            [self setValue:[dict valueForKey:key] forKey:key];
        }
    }
    return self;

}

參考:
Runtime詳解
Runtime通篇詳解