WWDC2020對runtime的優(yōu)化

• 視頻的觀看地址：https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2020/10163/ （最好用Safari瀏覽器打開）
• LLVM源碼地址：https://github.com/apple/llvm-project
  看完視頻后總結(jié)：本次改動不需要改動任何代碼，也不用學(xué)習(xí)新的API，這次主要是runtime關(guān)于內(nèi)存的優(yōu)化。在這種環(huán)境下我們不用改APP也會運(yùn)行得比之前更快更高效。

類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在《類的探究分析》一文中就詳細(xì)地解讀了類的結(jié)構(gòu)。在APP編譯成二進(jìn)制文件中，類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其中包含了最常被訪問的信息，指向元類、父類和方法緩存的指針。以下是類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖：

類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Clean Memory 和 Dirty Memory的區(qū)別

Clean Memory

Clean Memory指的是在程序運(yùn)行中不會發(fā)生改變的內(nèi)存。class_ro_t就是屬于Clean Memory的，class_ro_t`內(nèi)存圖解：

class_ro_t數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• clean memory 加載后不會發(fā)生改變的內(nèi)存
• class_ro_t 就屬于clean memory，因為它是只讀的，不會對齊內(nèi)存進(jìn)行修改
• clean memory 是可以進(jìn)行移除的，從而節(jié)省更多的內(nèi)存空間，因為如果你有需要clean memory，系統(tǒng)可以從磁盤中重新加載

Dirty Memory

Dirty Memory指的是在程序運(yùn)行中會發(fā)生改變的內(nèi)存，也就是我們俗稱的臟數(shù)據(jù)。類的結(jié)構(gòu)一經(jīng)使用就會變成Dirty Memory，因為運(yùn)行時會向它寫入新的數(shù)據(jù)。例如往類中添加方法又或者加載類的子類或父類，這里指的是class_rw_t。class_rw_t內(nèi)存圖解如下：

class_rw_t數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• Dirty Memory是這個類被分成兩部分的原因，可以保持類加載后不會發(fā)生更改的數(shù)據(jù)越多越好，通過分離永遠(yuǎn)不會更改的數(shù)據(jù)，可以把大量的類數(shù)據(jù)存儲為Clean Memory。
• class_rw_t(讀寫)：類在加載的時候，屬性（properties）、協(xié)議（prococols）和方法（methods）會被運(yùn)行時動態(tài)的添加，也可以動態(tài)的修改（Method Swizzling）。所以類需要保存在class_rw_t中。
• First Subclass、Next Subling Class:包含了運(yùn)行時才會生成的信息First Subclass、Next Subling Class，所有的類都會變成一個樹狀結(jié)構(gòu)，就是通過First Subclass和Next Subling Class指針實現(xiàn)的，它允許運(yùn)行時遍歷當(dāng)前使用的所有類
• Demangled Name:這個字段使用的頻率是比較少的，swift中才會使用。

總結(jié)：

dirty memory要比clean memory更有價值而且要多，只要進(jìn)行運(yùn)行它就必須一直存在，通過分離出那些不會被改變的數(shù)據(jù)，可以把大部分的類數(shù)據(jù)存儲為clean memory，這樣才能不斷的提高程序的性能。

class_rw_t 的優(yōu)化

dirty memory在類第一次加載的時候就一直存在，runtime會為它分配額外的內(nèi)存。運(yùn)行時分配的存儲容量時class_rw_t用于讀取-編寫數(shù)據(jù)，但是dirty memory中仍然存在著比較多的clean memory，為了提高空間的利用率，拆分出更多的clean memory，減少dirty memory容量是比奴可少的。
第一步：拆分出class_ro_t，即運(yùn)行時不被修改的內(nèi)存。如下圖：

提取lass_ro_t

• 屬性和方法在運(yùn)行時中有可能會發(fā)生更改，這需要放在class_rw_t中。
• 在類加載的時候，可以往類中添加屬性和方法。
• class_ro_t只是可讀的，需要放在class_rw_t中跟蹤類的相關(guān)信息。
  第二步：拆分class_rw_t，提取其中的clean memory
  在讀取-編寫屬性和方法的時候，只有10%的類都需要修改或者添加的，那么90%類可以說是不被修改的，那么就可以對class_rw_t進(jìn)行拆分，拆分如下：
  
  class_rw_t拆分
  
  這樣的話class_rw_t的大小就會減少一半，對于真的用到了被拆分出去的數(shù)據(jù)的時候，可以使用擴(kuò)展(extension)來完成這些，添加到類中供其使用（大約90%的類不需要這個擴(kuò)展）如下圖：
  
  優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)

總結(jié)

• 當(dāng)有類使用了category的時候，那么此時的類就有了class_rw_t的結(jié)構(gòu)，如果未使用分類，那么類就是一個單純的class_ro_t的結(jié)構(gòu)。
• 類結(jié)構(gòu)的優(yōu)化其實最要是分離出class_ro_t和class_rw_t優(yōu)化，其實就是對class_rw_t不常用的部分進(jìn)行了剝離。如果需要用到這部分就從擴(kuò)展記錄中分配一個，滑到類中供其使用。

成員變量/實例變量和屬性的區(qū)別

《類的探究分析》一文中提到了成員變量存放在class_ ro_t中，那么我們用過查找objc4源碼得出下圖：

實例變量存放位置

@interface XXPerson : NSObject
{
    int hobby;                 //成員變量
    NSObject *objc;            //實例變量
}
@property (nonatomic,strong) NSString *name;                 //屬性
@property (nonatomic,strong) NSString *nickName;
@property (nonatomic,assign) int age;
@end

通過xrun編譯成main.cpp文件，查看底層代碼：

• xcrun -sdk iphonesimulator clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (模擬器)
• xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main-arm64.cpp (手機(jī))
  
  main.cpp分析
  
  結(jié)論：
• 屬性在編譯過程中自動加上setter和getter方法。
• 屬性在底層編譯階段會變成_方式的成員變量。

補(bǔ)充

官方類型編碼

官方類型編碼

注意：

• 編碼文檔存放在Apple Documents地址
• Objective-C 不支持long double類型，@encode(long double)返回d，和double類型的編碼值一樣。
  案例分析：
  
  案例分析
  
  setName（v24@0:8@16）分析結(jié)果：
• v：void，代表無返回值。
• 24：setName函數(shù)的占用字節(jié)數(shù)。
• @：參數(shù)，id或者self。
• 0：從0號位置開始。
• :：SEL。
• 8：從8號位置開始。
• @：參數(shù)，setName。
• 16：從16號位置開始。

objc_setProperty與copy的關(guān)系

objc_setProperty方法相當(dāng)于一個中間層方法，主要是避免了每個類都調(diào)用底層的objc_setProperty方法。當(dāng)用copy關(guān)鍵字修飾屬性時，該屬性在編譯時候setter方法就會從定向到objc_setProperty方法，不像其他屬性·setter·方法使用首地址+內(nèi)存偏移的方式找到方法實現(xiàn)。
示例代碼：

@interface XJPerson : NSObject
@property (nonatomic,copy) NSString *name;         //注意每個屬性的關(guān)鍵字
@property (nonatomic,strong) NSString *nickName;
@property (atomic,copy) NSString *address;
@property (atomic) NSString *school;
@end

編譯之后查看main.cpp，得到下圖：

main.cpp源碼結(jié)果

• 使用copy關(guān)鍵字修飾的屬性底層setter方法重定向到objc_setProperty方法
• 沒使用copy關(guān)鍵字修飾的屬性底層setter方法通過首地址+內(nèi)存偏移來尋找并實現(xiàn)。

LLVM驗證對象屬性為copy時，setter方法的訪問

驗證流程圖：

LLVM驗證流程圖

總結(jié)：

底層代碼的分析需要很好的耐心，過程也是非常的枯燥。但是當(dāng)你弄明白了原理之后，就會發(fā)現(xiàn)知識是環(huán)環(huán)相扣的。非常高興自己又多了一分收獲，加油！