【iOS】架構師之路~底層原理二: (Runtime、Runloop)

架構師之路~底層原理三:(多線程、內存管理)

十二.Runtime

12.1 runtime 介紹

Objective-C是一門動態性比較強的編程語言，跟C、C++等語言有着很大的不一樣
Objective-C的動態性是由Runtime API來支撐的
Runtime API提供的接口基本都是C語言的，源碼由C\C++\彙編語言編寫
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12.2 isa 詳解

在arm64架構以前，isa就是一個普通的指針，存儲着Class、Meta-Class對象的內存地址
從arm64架構開始，對isa進行了優化，變成了一個共用體（union）結構，還使用位域來存儲更多的信息
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12.3 isa詳解 – 位域

12.4 &(按位與符號介紹)

& 都是1纔是1, 一個1,就是0
0000&0010  能夠取出某一個特定位數值

掩碼: 用來按位與(&)運算的  
1<<0  左移0位 則爲0b 0000 0001
1<<1  左移1位 則爲0b 0000 0010
1<<2  左移2位 則爲0b 0000 0400
1左移幾位
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12.5 |(按位或)

| 有1纔是1, 一個1,就是1,2個0就是0
0000 | 0010 結果就是 0010

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12.6 ~(按位取反)

~  0000 1010 取反位1111 0101

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12.7 位域

struct{
    char tall : 1; //表示只佔一位 
    char rich : 1;
    char handsome: 1
} test   // 0b0000 0111

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12.8 共用體

unioc{
  char bits;
  
  struct{
    char tall : 1; 
    char rich : 1;
    char handsome: 1
   } test    

}
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12.9 Class的結構

12.10 class_rw_t

12.11 class_ro_t

12.12 method_t

12.13 方法緩存

Class內部結構中有個方法緩存（cache_t），用散列表（哈希表）來緩存曾經調用過的方法，能夠提升方法的查找速度

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緩存查找
objc-cache.mm
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
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12.14 runtime objc_msgSend() 消息機制

objc_msgSend(對象,sel_registerName(方法名字字符串))
//  消息接收者(receiver)
//  消息名稱
    
//  OC的方法調用: 消息機制,給方法調用者發送消息
    
內部執行分3大階段
1. 消息發送
2. 動態方法解析
3. 消息轉發
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12.15 消息發送 過程

1.經過方法名字去 類對象 方法緩存中查找,若是有則返回方法地址
2.若是沒有緩存,則會遍歷 方法列表查找
3.查到了方法返回,並添加到 緩存列表
4.若是沒找到則會去父類緩存中查找,在去父類方法列表中查找,一層一層父類往上找

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12.16 動態方法解析

1.若是 消息發送 未找到方法,則會進行動態方法解析
2.若是是 對象方法調用會 調用_class_resoveInstanceMethod()
若是是 類方法調用 調用 _class_resoveClassMethod()
3.+(BOOL)ResoveInstanceMethod:(SEL) sel{
  // 獲取其餘方法
  Method method = class_getInstanceMethod(self,@selector(test));
     
  //動態添加方法
  class_addMethod(self,
                  @selecetor(test),
                  method_getImplementation(method),
                  method_getTypeEndcoing(method));
                  
   return YES;
  
}
類方法同理

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動態添加方法

12.17 消息轉發

// 消息轉發-
-(id)forwardTargetForSelector:(SEL) aSelector{
    //  判斷方法名字
    if(aSelector == @selector(test)){
        //轉發給哪一個對象解決
        return [NSPerson alloc]init];
    }
}
    
// 消息轉發- 方法簽名,返回值類型,參數類型

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if(aSelector == @selector(testMethod))
    {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return nil;
}
 
 
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    if (anInvocation.selector == @selector(testMethod))
    {
        TestModelHelper1 *h1 = [[TestModelHelper1 alloc] init];
        TestModelHelper2 *h2 = [[TestModelHelper2 alloc] init];
        [anInvocation invokeWithTarget:h1];
        [anInvocation invokeWithTarget:h2];
    }
}

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12.18 [self class] & [super class]

[super message] 消息接受者仍是子類,方法尋找是從父類查找的
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
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receiver是消息接收者
current_class是receiver的Class對象

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12.19 Runtime的應用01 – 查看私有成員變量

12.20 Runtime的應用02 – 字典轉模型

利用Runtime遍歷全部的屬性或者成員變量
利用KVC設值
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12.21 runtime 方法交換

class_replaceMethod
method_exchangeImplementations

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12.22.經常使用 api

12.22.1 Runtime API01 – 類

動態建立一個類（參數：父類，類名，額外的內存空間）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)

註冊一個類（要在類註冊以前添加成員變量）
void objc_registerClassPair(Class cls) 

銷燬一個類
void objc_disposeClassPair(Class cls)

獲取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)

設置isa指向的Class
Class object_setClass(id obj, Class cls)

判斷一個OC對象是否爲Class
BOOL object_isClass(id obj)

判斷一個Class是否爲元類
BOOL class_isMetaClass(Class cls)

獲取父類
Class class_getSuperclass(Class cls)
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12.22.2 Runtime API02 – 成員變量

獲取一個實例變量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)

拷貝實例變量列表（最後須要調用free釋放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)

設置和獲取成員變量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)

動態添加成員變量（已經註冊的類是不能動態添加成員變量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)

獲取成員變量的相關信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)

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12.22.3 Runtime API03 – 屬性

獲取一個屬性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)

拷貝屬性列表（最後須要調用free釋放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)

動態添加屬性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                  unsigned int attributeCount)

動態替換屬性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                      unsigned int attributeCount)

獲取屬性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)
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####12.22.4 Runtime API04 – 方法

得到一個實例方法、類方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)

方法實現相關操做
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name) 
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 

拷貝方法列表（最後須要調用free釋放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)

動態添加方法
BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

動態替換方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

獲取方法的相關信息（帶有copy的須要調用free去釋放）
SEL method_getName(Method m)
IMP method_getImplementation(Method m)
const char *method_getTypeEncoding(Method m)
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m)
char *method_copyReturnType(Method m)
char *method_copyArgumentType(Method m, unsigned int index)

選擇器相關
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)

用block做爲方法實現
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

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十三. runloop

13.1 runloop 簡介

運行循環-在程序運行中循環作一些事情

應用範疇
定時器（Timer）、PerformSelector
GCD Async Main Queue
事件響應、手勢識別、界面刷新
網絡請求
AutoreleasePool
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13.2 runloop 基本做用

RunLoop的基本做用
保持程序的持續運行
處理App中的各類事件（好比觸摸事件、定時器事件等）
節省CPU資源，提升程序性能：該作事時作事，該休息時休息
......

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13.3 Runloop 對象

iOS中有2套API來訪問和使用RunLoop
Foundation：NSRunLoop

Core Foundation：CFRunLoopRef

NSRunLoop和CFRunLoopRef都表明着RunLoop對象
NSRunLoop是基於CFRunLoopRef的一層OC包裝
CFRunLoopRef是開源的
https://opensource.apple.com/tarballs/CF/

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13.4 runloop 和線程關係

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
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13.5 獲取 RunLoop 對象

Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 得到當前線程的RunLoop對象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 得到主線程的RunLoop對象

Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 得到當前線程的RunLoop對象
CFRunLoopGetMain(); // 得到主線程的RunLoop對象
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13.6 runloop 相關類

13.7 CFRunloopModeRef 模式

CFRunLoopModeRef表明RunLoop的運行模式

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
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常見的2種Mode
kCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）：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

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添加Observer監聽RunLoop的全部狀態

13.8 運行邏輯

13.9 RunLoop 在實際開中的應用

控制線程生命週期（線程保活）

解決NSTimer在滑動時中止工做的問題

監控應用卡頓

性能優化
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13.10 線程保活(常駐線程)

runloop 若是沒有任何 source/source0 timer/observer 就會退出
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參考：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