iOS底層面試總結

前言：這篇文章是我看李明傑老師的iOS底層原理班（下）/OC對象/關聯對象/多線程/內存管理/性能優化總結所得，斷斷續續歷時3個月左右，把課堂聽的東西給作了一下筆記。

• 一、一個NSObject對象佔用多少內存
• 二、OC對象的分類
• 三、KVO實現原理
• 四、KVC實現原理
• 五、分類
  • 5.一、分類的實現原理
  • 5.二、Load和Initialize實現原理
• 六、Block底層解密
• 七、RunLoop實現原理
• 八、RunTime實現原理
  • 8.一、isa解析
  • 8.二、方法緩存
  • 8.三、objc_msgSend執行流程
  • 8.四、@dynamic關鍵字
  • 8.五、Class和SuperClass區別
  • 8.六、isKindOfClass和isMemberOfClass區別
  • 8.七、RunTime的相關API
• 九、多線程
  • 9.一、多線程面試題
  • 9.二、多線程之NSThread
  • 9.三、多線程之GCD
  • 9.四、多線程之NSOperation
  • 9.五、多線程之線程安全
  • 9.六、死鎖
  • 9.七、GCD高級用法
  • 9.八、線程之間的通信
• 十、內存管理
  • 10.一、定時器target的內存泄漏
  • 10.二、Tagged Pointer
  • 10.三、copy&retain&strong原理
  • 10.四、weak&assign原理
  • 10.五、@property 的本質是什麼
  • 10.六、autorelease原理
  • 10.七、atomic 必定是線程安全的嗎

總結不易，耗時耗力，您的一顆小星星✨是我無限的動力。原文地址

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咱們常常會看一些面試題，可是好多面試題咱們都是知其然不知其因此然，你若是認真的看了我上面總結的幾十篇文章，那麼你也會知其因此然。

OC對象本質

一、一個NSObject對象佔用多少內存？

系統分配了16個字節給NSObject對象（經過malloc_size函數得到），但NSObject對象內部只使用了8個字節的空間（64bit環境下，能夠經過class_getInstanceSize函數得到）

二、對象的isa指針指向哪裏？

• instance對象的isa指向class對象
• class對象的isa指向meta-class對象
• meta-class對象的isa指向基類的meta-class對象

三、OC的類信息存放在哪裏？

• 對象方法、屬性、成員變量、協議信息，存放在class對象中
• 類方法，存放在meta-class對象中
• 成員變量的具體值，存放在instance對象

具體實現請參考： 一、一個NSObject對象佔用多少內存 二、OC對象的分類

KVO

一、iOS用什麼方式實現對一個對象的KVO？(KVO的本質是什麼？)

• 利用RuntimeAPI動態生成一個子類，而且讓instance對象的isa指向這個全新的子類
• 當修改instance對象的屬性時，會調用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函數
  • 一、調用willChangeValueForKey方法
  • 二、調用setAge方法
  • 三、調用didChangeValueForKey方法
  • 四、didChangeValueForKey方法內部調用oberser的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

二、如何手動觸發KVO？

手動調用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

三、直接修改爲員變量會觸發KVO麼？

不會觸發KVO

具體實現請參考：三、KVO實現原理

KVC

一、經過KVC修改屬性會觸發KVO麼？

會觸發KVO，由於KVC是調用set方法，KVO就是監聽set方法

二、KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什麼？

KVO的setValue:forKey原理

• 一、按照setKey，_setKey的順序查找成員方法，若是找到方法，傳遞參數，調用方法
• 二、若是沒有找到，查看accessInstanceVariablesDirectly的返回值（accessInstanceVariablesDirectly的返回值默認是YES），
  • 返回值爲YES，按照_Key,_isKey,Key,isKey的順序查找成員變量， 若是找到，直接賦值，若是沒有找到，調用setValue:forUndefinedKey:，拋出異常
  • 返回NO，直接調用setValue:forUndefinedKey:，拋出異常

KVO的ValueforKey原理

• 一、按照getKey,key,isKey,_key的順序查找成員方法，若是找到直接調用取值
• 二、若是沒有找到，查看accessInstanceVariablesDirectly的返回值
  • 返回值爲YES，按照_Key,_isKey,Key,isKey的順序查找成員變量，若是找到，直接取值，若是沒有找到，調用setValue:forUndefinedKey:，拋出異常
  • 返回NO，直接調用setValue:forUndefinedKey:，拋出異常

具體實現請參考：四、KVC實現原理

Category

一、Category的實現原理

• Category編譯以後的底層結構是struct category_t，裏面存儲着分類的對象方法、類方法、屬性、協議信息
• 在程序運行的時候，runtime會將Category的數據，合併到類信息中（類對象、元類對象中）

二、Category和Class Extension的區別是什麼？

• Class Extension在編譯的時候，它的數據就已經包含在類信息中
• Category是在運行時，纔會將數據合併到類信息中

三、load、initialize方法的區別什麼？

• 1.調用方式

  • 1> load是根據函數地址直接調用
  • 2> initialize是經過objc_msgSend調用

• 2.調用時刻

  • 1> load是runtime加載類、分類的時候調用（只會調用1次 ）
  • 2> initialize是類第一次接收到消息的時候調用，每個類只會initialize一次（父類的initialize方法可能會被調用屢次）

四、load、initialize的調用順序

1.load

• 1> 先調用類的load
  • a) 先編譯的類，優先調用load
  • b) 調用子類的load以前，會先調用父類的load
• 2> 再調用分類的load
  • a) 先編譯的分類，優先調用load

2.initialize

• 1> 先初始化父類
• 2> 再初始化子類（可能最終調用的是父類的initialize方法）

五、如何實現給分類「添加成員變量」？

默認狀況下，由於分類底層結構的限制，不能添加成員變量到分類中。但能夠經過關聯對象來間接實現

關聯對象提供瞭如下API
添加關聯對象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void * key,
                                id value, objc_AssociationPolicy policy)

得到關聯對象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void * key)

移除全部的關聯對象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)
複製代碼

具體實現請參考： 5.一、分類的實現原理 5.二、Load和Initialize實現原理

Block

一、block的原理是怎樣的？本質是什麼？

• block本質上也是一個OC對象，它內部也有個isa指針
• block是封裝了函數調用以及函數調用環境的OC對象

二、block的（capture）

爲了保證block內部可以正常訪問外部的變量，block有個變量捕獲機制

三、Block類型有哪幾種 block有3種類型，能夠經過調用class方法或者isa指針查看具體類型，最終都是繼承自NSBlock類型

• 一、NSGlobalBlock （ _NSConcreteGlobalBlock
• 二、NSStackBlock （ _NSConcreteStackBlock ）
• 三、NSMallocBlock （ _NSConcreteMallocBlock ）

四、block的copy

在ARC環境下，編譯器會根據狀況自動將棧上的block複製到堆上，好比如下狀況

• 一、block做爲函數返回值時
• 二、將block賦值給__strong指針時
• 三、block做爲Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法參數時
• 四、block做爲GCD API的方法參數時

MRC下block屬性的建議寫法
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

ARC下block屬性的建議寫法
@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

複製代碼

五、__block修飾符

• __block能夠用於解決block內部沒法修改auto變量值的問題

• __block不能修飾全局變量、靜態變量（static）

• 編譯器會將__block變量包裝成一個對象

• 當__block變量在棧上時，不會對指向的對象產生強引用

• 當__block變量被copy到堆時

  • 會調用__block變量內部的copy函數
  • copy函數內部會調用_Block_object_assign函數
  • _Block_object_assign函數會根據所指向對象的修飾符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）作出相應的操做，造成強引用（retain）或者弱引用（注意：這裏僅限於ARC時會retain，MRC時不會retain）

• 若是__block變量從堆上移除

  • 會調用__block變量內部的dispose函數
  • dispose函數內部會調用_Block_object_dispose函數
  • _Block_object_dispose函數會自動釋放指向的對象（release）

六、循環引用

• 用__weak、__unsafe_unretained解決

__unsafe_unretained typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
 print(@"%p", weakSelf);
}
複製代碼

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
 print(@"%p", weakSelf);
}
複製代碼

• 用__block解決（必需要調用block）

__block id weakSelf = self;
self.block = ^{
weakSelf = nil;
}
self.block();
複製代碼

具體實現請參考：六、Block底層解密

RunTime

一、講一下 OC 的消息機制

• OC中的方法調用其實都是轉成了objc_msgSend函數的調用，給receiver（方法調用者）發送了一條消息（selector方法名）
• objc_msgSend底層有3大階段：消息發送（當前類、父類中查找）、動態方法解析、消息轉發

二、消息轉發機制流程

• 一、消息發送
• 二、動態方法解析
• 三、消息轉發

消息發送階段

消息發送流程是咱們平時最常用的流程，其餘的像動態方法解析和消息轉發實際上是補救措施。具體流程以下

• 一、首先判斷消息接受者receiver是否爲nil，若是爲nil直接退出消息發送
• 二、若是存在消息接受者receiverClass，首先在消息接受者receiverClass的cache中查找方法，若是找到方法，直接調用。若是找不到，往下進行
• 三、沒有在消息接受者receiverClass的cache中找到方法，則從receiverClass的class_rw_t中查找方法，若是找到方法，執行方法，並把該方法緩存到receiverClass的cache中；若是沒有找到，往下進行
• 四、沒有在receiverClass中找到方法，則經過superClass指針找到superClass，也是如今緩存中查找，若是找到，執行方法，並把該方法緩存到receiverClass的cache中；若是沒有找到，往下進行
• 五、沒有在消息接受者superClass的cache中找到方法，則從superClass的class_rw_t中查找方法，若是找到方法，執行方法，並把該方法緩存到receiverClass的cache中；若是沒有找到，重複四、5步驟。若是找不到了superClass了，往下進行
• 六、若是在最底層的superClass也找不到該方法，則要轉到動態方法解析

動態方法解析

開發者能夠實現如下方法，來動態添加方法實現

• +resolveInstanceMethod:
• +resolveClassMethod: 動態解析事後，會從新走「消息發送」的流程，從receiverClass的cache中查找方法這一步開始執行

消息轉發

若是方法一個方法在消息發送階段沒有找到相關方法，也沒有進行動態方法解析，這個時候就會走到消息轉發階段了。

• 調用forwardingTargetForSelector，返回值不爲nil時，會調用objc_msgSend(返回值, SEL)
• 調用methodSignatureForSelector,返回值不爲nil，調用forwardInvocation:方法；返回值爲nil時，調用doesNotRecognizeSelector:方法
• 開發者能夠在forwardInvocation:方法中自定義任何邏輯
• 以上方法都有對象方法、類方法2個版本（前面能夠是加號+，也能夠是減號-）

三、什麼是Runtime？平時項目中有用過麼？

• OC是一門動態性比較強的編程語言，容許不少操做推遲到程序運行時再進行
• OC的動態性就是由Runtime來支撐和實現的，Runtime是一套C語言的API，封裝了不少動態性相關的函數
• 平時編寫的OC代碼，底層都是轉換成了Runtime API進行調用

具體應用

• 利用關聯對象（AssociatedObject）給分類添加屬性
• 遍歷類的全部成員變量（修改textfield的佔位文字顏色、字典轉模型、自動歸檔解檔）
• 交換方法實現（交換系統的方法）
• 利用消息轉發機制解決方法找不到的異常問題

四、super的本質

• super調用，底層會轉換爲objc_msgSendSuper2函數的調用，接收2個參數
  • struct objc_super2
  • SEL
• receiver是消息接收者
• current_class是receiver的Class對象

具體實現請參考：

• 8.一、isa解析
• 8.二、方法緩存
• 8.三、objc_msgSend執行流程
• 8.四、@dynamic關鍵字
• 8.五、Class和SuperClass區別
• 8.六、isKindOfClass和isMemberOfClass區別
• 8.七、RunTime的相關API

RunLoop

一、講講 RunLoop，項目中有用到嗎？ 一、定時器切換的時候，爲了保證定時器的準確性，須要添加runLoop 二、在聊天界面，咱們須要持續的把聊天信息存到數據庫中，這個時候須要開啓一個保活線程，在這個線程中處理

二、runloop內部實現邏輯

每次運行RunLoop，線程的RunLoop會自動處理以前未處理的消息，並通知相關的觀察者。具體順序

• 一、通知觀察者（observers）RunLoop即將啓動
• 二、通知觀察者（observers）任何即將要開始的定時器
• 三、通知觀察者（observers）即將處理source0事件
• 四、處理source0
• 五、若是有source1，跳到第9步
• 六、通知觀察者（observers）線程即將進入休眠
• 七、將線程置於休眠知道任一下面的事件發生
  • 一、source0事件觸發
  • 二、定時器啓動
  • 三、外部手動喚醒
• 八、通知觀察者（observers）線程即將喚醒
• 九、處理喚醒時收到的時間，以後跳回2
  • 一、若是用戶定義的定時器啓動，處理定時器事件
  • 二、若是source0啓動，傳遞相應的消息
• 十、通知觀察者RunLoop結束

三、RunLoop與線程

• 每條線程都有惟一的一個與之對應的RunLoop對象
• RunLoop保存在一個全局的Dictionary裏，線程做爲key，RunLoop做爲value
• 線程剛建立時並無RunLoop對象，RunLoop會在第一次獲取它時建立
• RunLoop會在線程結束時銷燬
• 主線程的RunLoop已經自動獲取（建立），子線程默認沒有開啓RunLoop

四、timer 與 runloop 的關係？

• 一個RunLoop包含若干個Mode，每一個Mode又包含若干個Source0/Source1/Timer/Observer
• RunLoop啓動時只能選擇其中一個Mode，做爲currentMode
• 若是須要切換Mode，只能退出當前Loop，再從新選擇一個Mode進入
• 不一樣組的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔開來，互不影響
• 若是Mode裏沒有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop會立馬退出

解決定時器在滾動視圖上面失效問題NSTimer添加到兩種RunLoop中

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];
複製代碼

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
複製代碼

五、RunLoop有幾種狀態

kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即將進入RunLoop 
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即將處理Timer 
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理Source 
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), //即將進入休眠 
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 剛從休眠中喚醒
 kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即將退出RunLoop
複製代碼

**六、RunLoop的mode的做用 **

RunLoop的mode的做用 系統註冊了5中mode

kCFRunLoopDefaultMode //App的默認Mode，一般主線程是在這個Mode下運行
UITrackingRunLoopMode //界面跟蹤 Mode，用於 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其餘 Mode 影響
UIInitializationRunLoopMode // 在剛啓動 App 時第進入的第一個 Mode，啓動完成後就再也不使用
GSEventReceiveRunLoopMode // 接受系統事件的內部 Mode，一般用不到
kCFRunLoopCommonModes //這是一個佔位用的Mode，不是一種真正的Mode
複製代碼

可是咱們只能使用兩種mode

kCFRunLoopDefaultMode //App的默認Mode，一般主線程是在這個Mode下運行
UITrackingRunLoopMode //界面跟蹤 Mode，用於 ScrollView 追蹤觸摸滑動，保證界面滑動時不受其餘 Mode 影響
複製代碼

具體實現請參考：七、RunLoop實現原理

多線程

一、你理解的多線程？ 二、iOS的多線程方案有哪幾種？你更傾向於哪種？ 三、你在項目中用過 GCD 嗎？ 四、GCD 的隊列類型 五、說一下 OperationQueue 和 GCD 的區別，以及各自的優點 六、線程安全的處理手段有哪些？ 使用線程鎖

• 一、OSSpinLock
• 二、os_unfair_lock
• 三、pthread_mutex
• 四、dispatch_semaphore
• 五、dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
• 六、NSLock
• 七、NSRecursiveLock
• 八、NSCondition
• 九、NSConditionLock
• 十、@synchronized
• 十一、pthread_rwlock
• 十二、dispatch_barrier_async
• 1三、atomic

七、線程通信 線程間通訊的體現

• 一、一個線程傳遞數據給另外一個線程
• 二、在一個線程中執行完特定任務後，轉到另外一個線程繼續執行任務

一、NSThread 能夠先將本身的當前線程對象註冊到某個全局的對象中去，這樣相互之間就能夠獲取對方的線程對象，而後就可使用下面的方法進行線程間的通訊了，因爲主線程比較特殊，因此框架直接提供了在主線程執行的方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);
 
複製代碼

二、GCD

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
      
 });
複製代碼

內存管理

一、使用CADisplayLink、NSTimer有什麼注意點？ CADisplayLink、NSTimer會對target產生強引用，若是target又對它們產生強引用，那麼就會引起循環引用

二、介紹下內存的幾大區域

• 代碼段：編譯以後的代碼
• 數據段
  • 字符串常量：好比NSString *str = @"123"
  • 已初始化數據：已初始化的全局變量、靜態變量等
  • 未初始化數據：未初始化的全局變量、靜態變量等
• 棧：函數調用開銷，好比局部變量。分配的內存空間地址愈來愈小
• 堆：經過alloc、malloc、calloc等動態分配的空間，分配的內存空間地址愈來愈大

三、講一下你對 iOS 內存管理的理解 在iOS中，使用引用計數來管理OC對象的內存

• 一個新建立的OC對象引用計數默認是1，當引用計數減爲0，OC對象就會銷燬，釋放其佔用的內存空間
• 調用retain會讓OC對象的引用計數+1，調用release會讓OC對象的引用計數-1

內存管理的經驗總結

• 當調用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一個對象，在不須要這個對象時，要調用release或者autorelease來釋放它
• 想擁有某個對象，就讓它的引用計數+1；不想再擁有某個對象，就讓它的引用計數-1

能夠經過如下私有函數來查看自動釋放池的狀況 extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

四、ARC 都幫咱們作了什麼 LLVM + Runtime

• LVVM生成release代碼
• RunTime負責執行

五、weak指針的實現原理 runtime維護了一個weak表，用於存儲指向某個對象的全部weak指針。weak表實際上是一個hash（哈希）表，key是所指對象的地址，Value是weak指針的地址（這個地址的值是所指對象指針的地址）數組

• 一、初始化時：runtime會調用objc_initWeak函數，初始化一個新的weak指針指向對象的地址
• 二、添加引用時：objc_initWeak函數會調用 storeWeak() 函數， storeWeak() 的做用是更新指針指向，建立對應的弱引用表
• 三、釋放時,調用clearDeallocating函數。clearDeallocating函數首先根據對象地址獲取全部weak指針地址的數組，而後遍歷這個數組把其中的數據設爲nil，最後把這個entry從weak表中刪除，最後清理對象的記錄

六、autorelease對象在什麼時機會被調用release

• 一、iOS在主線程的Runloop中註冊了2個Observer
• 二、第1個Observer監聽了kCFRunLoopEntry事件，會調用objc_autoreleasePoolPush()
• 三、第2個Observer監聽了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，會調用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush() 監聽了kCFRunLoopBeforeExit事件，會調用objc_autoreleasePoolPop() autoreleased 對象是在 runloop 的即將進入休眠時進行釋放的

七、方法裏有局部對象， 出了方法後會當即釋放嗎 在ARC狀況下會當即釋放 在MRC狀況下，對象是在 runloop 的即將進入休眠時進行釋放的

文章中能夠提煉出來的題目太多了，我這裏也就簡單的總結幾道題，想要了解具體實現請到個人github中找到相關文章進行閱讀。歡迎點贊哦，若是裏面有什麼我理解的不太正確，歡迎提出，咱們相互印證