一、前言

去年 2020 年的 WWDC 大會(huì)時(shí)，因?yàn)槲矣⒄Z(yǔ)也不太好，我就邊看錄播邊用谷歌翻譯著，記錄了一下這次會(huì)議的一些跟我們開(kāi)發(fā)者有關(guān)的變化點(diǎn)。一直沒(méi)有整理發(fā)出來(lái)，這次想著把這個(gè)記錄發(fā)一下，不然 2021 的 WWDC 大會(huì)都要開(kāi)始了。
變化點(diǎn)主要有三點(diǎn)，這篇主要講一下第一點(diǎn)，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化”（Class data structures changes）

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化

1、"clean memory" 和 "dirty memory"

先理解兩個(gè)名詞，"clean memory" 和 "dirty memory"，字面意思就是 “干凈內(nèi)存” 和 “臟內(nèi)存”。

• clean memory 是指加載后不會(huì)發(fā)生改變的內(nèi)存。
  class_ro_t 就屬于clean memory， 因?yàn)樗侵蛔x的（ro 代表 readonly）
• dirty memory 是指在進(jìn)程運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生更改的內(nèi)存，class_rw_t 是 dirty memory(rw 代表 read write)

在 objc4750 的源碼中我們可以看到 class_rw_t 的結(jié)構(gòu)，如下圖：

class_ro_t 的結(jié)構(gòu)，如下圖：

類結(jié)構(gòu)一經(jīng)使用就會(huì)變成 dirty memory，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)會(huì)向它寫入新的數(shù)據(jù)，例如創(chuàng)建一個(gè)新的方法緩存并從類中指向它。
dirty memory 比 clean memory 要昂貴得多，只要進(jìn)程在運(yùn)行，它就必須一直存在。另一方面 clean memory 可以進(jìn)行移除，從而節(jié)省更多的內(nèi)存空間。因?yàn)槿绻阈枰?clean memory，系統(tǒng)可以從磁盤中重新加載。macOS 可以選擇換出 dirty memory，但因?yàn)?iOS 不使用 swap，所以 dirty memory 在 iOS 中代很大。

dirty memory 是這個(gè)類數(shù)據(jù)被分成兩部分的原因，可以保持清潔的數(shù)據(jù)越多越好，通過(guò)分離出那些永遠(yuǎn)不會(huì)更改的數(shù)據(jù)，可以把大部分的類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為 clean memory。雖然這些數(shù)據(jù)足以讓我們開(kāi)始，但運(yùn)行時(shí)需要追蹤每個(gè)類的更多信息，所以當(dāng)一個(gè)類首次被使用，運(yùn)行時(shí)會(huì)為它分配額外的存儲(chǔ)容量，這個(gè)運(yùn)行時(shí)分配的存儲(chǔ)容量是 class_rw_t，用于讀取-編寫數(shù)據(jù)。在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，我們存儲(chǔ)了只有在運(yùn)行時(shí)才會(huì)生成的新信息。

例如，所有的類都會(huì)鏈接成一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，這是通過(guò) First Subclass 和 Next Sibling Class 指針實(shí)現(xiàn)的。這允許運(yùn)行時(shí)遍歷當(dāng)前使用的所有類，這對(duì)于使方法緩存無(wú)效非常有用。
但為什么方法和屬性也在只讀數(shù)據(jù)中時(shí)，我們這里還要有方法和屬性呢？

因?yàn)樗麄兛梢栽谶\(yùn)行時(shí)進(jìn)行更改。當(dāng) category 被加載時(shí)，它可以向類中添加新的方法，而且程序員可以使用運(yùn)行時(shí) API 動(dòng)態(tài)地添加它們。因?yàn)?class_ro_t 是只讀的，所以我們需要在 class_rw_t 中追蹤這些東西。
現(xiàn)在，結(jié)果是這樣做會(huì)占用相當(dāng)多的內(nèi)存。在任何給定的設(shè)備中都有許多類在使用，我們?cè)?iPhone 上的整個(gè)系統(tǒng)中測(cè)量了大約 30 兆字節(jié)這些 class_rw_t 結(jié)構(gòu)，那么我們?nèi)绾慰s小這些結(jié)構(gòu)呢？記住，我們?cè)谧x取-編寫部分需要這些東西，因?yàn)樗鼈兛梢栽谶\(yùn)行時(shí)進(jìn)行更改。但是通過(guò)檢查實(shí)際設(shè)備上的使用情況，大約只有 10% 的類真正地更改了它們的方法。而且只有 Swift 類會(huì)使用這個(gè) demangled name 字段，并且 Swift 類并不需要這一字段，除非有東西詢問(wèn)它們的 Object-C 名稱時(shí)才需要。

2、變化 —— 拆出了 class_rw_ext_t

所以，我們可以拆掉那些平時(shí)不用的部分，這將 class_rw_t 的大小減少了一半。拆出來(lái)的部分叫做 “class_rw_ext_t”，如下圖所示：

這個(gè) “class_rw_ext_t” 我們可以在最新的源碼 objc4-818.2 中看到：

struct class_rw_ext_t {
    DECLARE_AUTHED_PTR_TEMPLATE(class_ro_t)
    class_ro_t_authed_ptr<const class_ro_t> ro;
    method_array_t methods;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;
    char *demangledName;
    uint32_t version;
};

對(duì)于那些確實(shí)需要額外信息的類，我們可以分配這些擴(kuò)展記錄中的一個(gè)，并把它滑到類中供其使用。

大約 90% 的類從來(lái)不需要這些擴(kuò)展數(shù)據(jù)，這在系統(tǒng)范圍內(nèi)可節(jié)省大約14MB 的內(nèi)存，這些內(nèi)存現(xiàn)在可用于更有效的途徑，比如存儲(chǔ)你的 app 的數(shù)據(jù)。
因此，實(shí)際上你可以在你的 Mac 上看到這一變化帶來(lái)的影響，這只需要在終端上運(yùn)行一些簡(jiǎn)單的命令，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看一下。
打開(kāi) MacBook 的終端，運(yùn)行一個(gè)在任何 Mac上都可用的命令，叫做“heap”，它允許你檢查正在運(yùn)行的進(jìn)程所使用的堆內(nèi)存。我將在 Mac 中的 Mail app 上運(yùn)行它，首先先打開(kāi) “郵件” 程序，

現(xiàn)在，如果我運(yùn)行 heap Mail 命令，它會(huì)輸出數(shù)千行，顯示通過(guò)郵件進(jìn)行的每個(gè)堆分配，所以我只要 grep 它為我們今天一直在討論的 class_rw_t 類型，我還需要查詢標(biāo)頭

heap Mail | egrep ‘class_rw|COUNT’

從返回的結(jié)果中，可以看到，我們?cè)卩]件 app 中使用了大概 9000 個(gè)這樣的 class_rw_t 類型，但其中只有大約十分之一，900 多一點(diǎn)實(shí)際上需要使用這一擴(kuò)展信息。所以，我們可以很容易地計(jì)算出通過(guò)這個(gè)改變所節(jié)省的內(nèi)存，這是大小減半的類型。

所以，如果我們從這個(gè)數(shù)字 “152320” 中減去我們必須分配給擴(kuò)展類型的內(nèi)存量 ”21600”，我們可以看到我們節(jié)省了大約 1 兆字節(jié)數(shù)據(jù)的四分之一，這還只是對(duì)于郵件 app 而言。如果我們?cè)谙到y(tǒng)范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì) dirty memory 而言，這是真正的節(jié)省內(nèi)存。

3、要用官方 API

現(xiàn)在，很多從類中獲取數(shù)據(jù)的代碼，必須同時(shí)處理那些有擴(kuò)展數(shù)據(jù)和沒(méi)有擴(kuò)展數(shù)據(jù)的類，當(dāng)然運(yùn)行時(shí)會(huì)為你處理這一切，并且從外部看，一切都像往常一樣工作，只是使用更少的內(nèi)存。之所以會(huì)這樣，是因?yàn)樽x取這些結(jié)構(gòu)的代碼，都在運(yùn)行時(shí)內(nèi)并且還會(huì)同時(shí)進(jìn)行更新。堅(jiān)持使用這些 API 真的很重要，因?yàn)槿魏卧噲D直接訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的代碼都將在今年的 OS 版本中停止工作，因?yàn)闁|西已經(jīng)發(fā)生了改變，而且該代碼不知道新的布局。我們看到，一些真實(shí)的代碼由于這些變化而崩潰，除了你自己的代碼之外，還要注意那些外部依賴性，你可能正把他們帶入到你的 app 中，它們可能會(huì)在你沒(méi)有意識(shí)到的情況下挖掘這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)中的所有信息都可通過(guò)官方API獲得。

有一些函數(shù)，如 class_getName 和 class_getSuperclass，當(dāng)你使用這些 API 訪問(wèn)信息時(shí)，你知道，無(wú)論我們?cè)诤笈_(tái)進(jìn)行什么更改，他們都將繼續(xù)工作。所有的 API 都可以在 Objective-C 運(yùn)行時(shí)說(shuō)明文檔中找到
class_getName
class_getSuperclass
class_copyMethodList
而這個(gè)文檔在 developer.apple.com 中。

接下來(lái)，讓我們更深入地了解一下這些類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并看看另一個(gè)變化，Relative method lists 相對(duì)方法列表。
下一章我會(huì)繼續(xù)總結(jié)，敬請(qǐng)期待！

以上的我寫的內(nèi)容是根據(jù)：2020 WWDC 大會(huì)視頻 總結(jié)記錄的，想看原視頻的可以前去觀看。

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