iOS 消息發送與轉發詳解
Objective-C 是一門動態語言，它將不少靜態語言在編譯和連接時期作的事情，放到了運行時來處理。之因此能具有這種特性，離不開 Runtime 這個庫。Runtime 很好的解決了如何在運行時期找到調用方法這樣的問題。緩存
消息發送
在 Objective-C 中，方法調用稱爲向對象發送消息：bash
// MyClass 類
@interface MyClass: NSObject
- (void)printLog;
@end
@implementation MyClass
- (void)printLog {
NSLog(@"print log !");
}
@end
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
[myClass printLog];
// 輸出： print log !
複製代碼
上面代碼中的 [myClass printLog] 也能夠這麼寫：函數
((void (*)(id, SEL))(void *) objc_msgSend)(myClass, @selector(printLog));
複製代碼
[myClass printLog] 通過編譯後就是調用 objc_msgSend 方法。性能
咱們看看這個方法的文檔定義：學習
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...);
複製代碼
self：消息的接收者 op： 消息的方法名，C 字符串 ... ：參數列表ui
Runtime 是如何找到實例方法的具體實現的？
基礎概念
講以前，咱們須要先明白一些基礎概念：Objective-C 是一門面向對象的語言，對象又分爲實例對象、類對象、元類對象以及根元類對象。它們是經過一個叫 isa 的指針來關聯起來，具體關係以下圖：spa
以咱們上文的代碼爲例：3d
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
複製代碼
整理下相互間的關係：指針
myClass是實例對象MyClass是類對象MyClass的元類的元類就是NSObject的元類NSObject就是 Root class (class)NSObject的superclass爲nilNSObject的元類就是它本身NSObject的元類的superclass就是NSObject
對應上圖中的位置關係以下：code
接着，咱們用代碼來驗證下上文的關係：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
Class class = [myClass class];
Class metaClass = object_getClass(class);
Class metaOfMetaClass = object_getClass(metaClass);
Class rootMetaClass = object_getClass(metaOfMetaClass);
Class superclass = class_getSuperclass(class);
Class superOfSuperclass = class_getSuperclass(superclass);
Class superOfMetaOfSuperclass = class_getSuperclass(object_getClass(superclass));
NSLog(@"MyClass 實例對象是：%p",myClass);
NSLog(@"MyClass 類對象是：%p",class);
NSLog(@"MyClass 元類對象是：%p",metaClass);
NSLog(@"MyClass 元類對象的元類對象是：%p",metaOfMetaClass);
NSLog(@"MyClass 根元類對象是：%p",rootMetaClass);
NSLog(@"MyClass 父類是：%@",class_getSuperclass(class));
NSLog(@"MyClass 父類的父類是：%@",superOfSuperclass);
NSLog(@"MyClass 父類的元類的父類是：%@",superOfMetaOfSuperclass);
NSLog(@"NSObject 元類對象是：%p",object_getClass([NSObject class]));
NSLog(@"NSObject 父類是：%@",[[NSObject class] superclass]);
NSLog(@"NSObject 元類對象的父類是：%@",[object_getClass([NSObject class]) superclass]);
//輸出：
MyClass 實例對象是：0x60c00000b8d0
MyClass 類對象是：0x109ae3fd0
MyClass 元類對象是：****0x109ae3fa8
MyClass 元類對象的元類對象是：****0x10ab02e58**
MyClass 根元類對象是：0x10ab02e58
MyClass 父類是：NSObject
MyClass 父類的父類是：(null)
MyClass 父類的元類的父類是：NSObject
NSObject 元類對象是：0x10ab02e58
NSObject 父類是：(null)
NSObject 元類對象的父類是：NSObject
複製代碼
能夠發現，輸出結果是徹底符合咱們的結論的！
如今咱們能知道各類對象之間的關係：
實例對象經過
isa指針，找到類對象Class；類對象一樣經過isa指針，找到元類對象；元類對象也是經過isa指針，找到根元類對象；最後，根元類對象的isa指針，指向本身。能夠發現NSObject是整個消息機制的核心，絕大數對象都繼承自它。
尋找流程
上文提到了，一個 Objective-C 方法會被編譯成 objc_msgSend，這個函數有兩個默認參數，id 類型的 self, SEL 類型的 op。咱們先看看 id 的定義：
typedef struct objc_object *id;
struct objc_object {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
複製代碼
咱們能夠看到，在 objc_object 結構體中，只有一個指向 Class 類型的 isa 指針。
咱們再看看 Class 的定義：
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;
複製代碼
裏面有不少參數，很顯眼的能看到這一行：
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
複製代碼
看名字也容易理解，這個 methodLists 就是用來存放方法列表的。咱們再看看 objc_method_list 這個結構體：
struct objc_method_list {
struct objc_method_list * _Nullable 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;
}
複製代碼
裏面的 objc_method ，也就是咱們熟悉的 Method：
struct objc_method {
SEL _Nonnull method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char * _Nullable method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP _Nonnull method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}
複製代碼
Method 裏面保存了三個參數：
- 方法的名稱
- 方法的類型
- 方法的具體實現，由
IMP指針指向
通過層層挖掘，咱們能明白實例對象調用方法的大體邏輯：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
[myClass printLog];
複製代碼
- 先被編譯成
((void (*)(id, SEL))(void *) objc_msgSend)(myClass, @selector(printLog)); - 沿着入參
myClass的isa指針，找到myClass的類對象（Class），也就是MyClass - 接着在
MyClass的方法列表methodLists中，找到對應的Method - 最後找到
Method中的IMP指針，執行具體實現
類對象的類方法又是怎麼找到並執行的？
由上文，咱們已經知道，實例對象是經過 isa 指針，找到其類對象（Class）中保存的方法列表中的具體實現的。
好比：
MyClass *myClass = [[MyClass alloc] init];
[myClass printLog];
複製代碼
能夠理解爲：printLog 方法就是保存在 MyClass 中的。
那麼若是是個類方法，又是保存在什麼地方的呢？
咱們回顧下 Class 的定義：
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;
複製代碼
能夠發現到這一行：
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
複製代碼
這裏的 isa 一樣是指向一個 Class 的指針。上文中，咱們也知道了類對象的 isa 指針是指向元類對象的。那麼不可貴出：
類對象的類方法，是保存在元類對象中的！
類對象和元類對象都是 Class 類型，僅僅服務的對象不一樣罷了。找到了元類對象，天然就找到了元類對象中的 methodLists，接下來就和實例對象的方法尋找調用同樣的流程了。
如何提升方法查找的效率？
上文中，咱們大概知道，方法是經過 isa 指針，查找 Class 中的 methodLists 的。若是子類沒實現對應的方法實現，還會沿着父類去查找。整個工程，可能有成萬上億個方法，是如何解決性能問題的呢？
例如：
for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
MyClass *myObject = myObjects[i];
[myObject methodA];
}
複製代碼
這種高頻次的調用 methodA，若是每調用一次都須要遍歷，性能是很是差的。因此引入了 Class Cache 機制：
Class Cache 認爲，當一個方法被調用，那麼它以後被調用的可能性就越大。
查找方法時，會先從緩存中查找，找到直接返回 ；找不到，再去 Class 的方法列表中找。
在上文中 Class 的定義中，咱們能夠發現 cache：
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
複製代碼
說明了緩存是存在類中的，每一個類都有一份方法緩存，而不是每一個類的 object 都保存了一份。
關於父類（superclass）
在 Objective-C 中，子類調用一個方法，若是沒有子類沒有實現，父類實現了，會去調用父類的實現。上文中，找到 methodLists 後，尋找 Method 的大體過程以下：
ps: 其實這裏的尋找過程遠沒有這麼簡單，可能會遍歷不少遍，由於咱們可能會在運行時動態的添加方法（好比
category）。遍歷的過程當中一樣不時的去查詢緩存表。
消息轉發
若是方法列表（methodLists）沒找到對應的 selector 呢？
// ViewController.m 中 （未實現 myTestPrint 方法）
[self performSelector:@selector(myTestPrint:) withObject:@"，你好 ！"];
複製代碼
系統會提供三次補救的機會。
第一次
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {} (實例方法)
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {} (類方法)
複製代碼
這兩個方法，一個針對實例方法；一個針對類方法。返回值都是 Bool。
使用示例：
// ViewController.m 中
void myMethod(id self, SEL _cmd,NSString *nub) {
NSLog(@"ifelseboyxx%@",nub);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
if (sel == @selector(myTestPrint:)) {
#pragma clang diagnostic pop
class_addMethod([self class],sel,(IMP)myMethod,"v@:@");
return YES;
}else {
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
}
複製代碼
咱們只須要在 resolveInstanceMethod: 方法中，利用 class_addMethod 方法，將未實現的 myTestPrint: 綁定到 myMethod 上就能完成轉發，最後返回 YES。
第二次
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {}
複製代碼
這個方法要求返回一個 id。使用場景通常是將 A 類的某個方法，轉發到 B 類的實現中去。
使用示例：
想轉發到 Person 類中的 -myTestPrint: 方法中：
@interface Person : NSObject
@end
@implementation Person
- (void)myTestPrint:(NSString *)str {
NSLog(@"ifelseboyxx%@",str);
}
@end
複製代碼
// ViewController.m 中
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
if (aSelector == @selector(myTestPrint:)) {
#pragma clang diagnostic pop
return [Person new];
}else{
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
}
複製代碼
第三次
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {}
複製代碼
第一個要求返回一個方法簽名，第二個方法轉發具體的實現。兩者相互依賴，只有返回了正確的方法簽名，纔會執行第二個方法。
此次的轉發做用和第二次的比較相似，都是將 A 類的某個方法，轉發到 B 類的實現中去。不一樣的是，第三次的轉發相對於第二次更加靈活，forwardingTargetForSelector: 只能固定的轉發到一個對象；forwardInvocation: 可讓咱們轉發到多個對象中去。
使用實例：
想轉發到 Person 類以及 Animal 類中的 -myTestPrint: 方法中：
@interface Person : NSObject
@end
@implementation Person
- (void)myTestPrint:(NSString *)str {
NSLog(@"ifelseboyxx%@",str);
}
@end
複製代碼
@interface Animal : NSObject
@end
@implementation Animal
- (void)myTestPrint:(NSString *)str {
NSLog(@"tiger%@",str);
}
@end
複製代碼
// ViewController.m 中
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
if (aSelector == @selector(myTestPrint:)) {
#pragma clang diagnostic pop
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
Person *person = [Person new];
Animal *animal = [Animal new];
if ([person respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
[anInvocation invokeWithTarget:person];
}
if ([animal respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
[anInvocation invokeWithTarget:animal];
}
}
複製代碼
⚠️ 若是到了第三次機會，還沒找到對應的實現，就會 crash：
unrecognized selector sent to instance 0x7f9f817072b0
複製代碼
總結
到這裏，咱們大概能瞭解消息發送與轉發的過程了。整理了下大體的流程，有問題歡迎你們積極提出來：
感謝 Sky愛學習 的指正，修改了下
- 1. iOS 消息推送 詳解
- 2. iOS開發——消息推送跳轉
- 3. iOS 消息轉發
- 4. TCP消息的發送(轉)
- 5. Kafka發送消息過長詳解
- 6. iOS-消息轉發機制
- 7. iOS消息轉發機制
- 8. iOS 消息轉發機制
- 9. iOS 中的runtime與消息轉發
- 10. iOS開發之消息推送 —— 遠程消息推送入門
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