iOS 模塊分解— Runtime

相信對於從事開發人員來講 runtime 這個名稱都不陌生，就像我起初只知道「 runtime 叫運行時 」，後來知道 runtime 一樣能夠像 KVC 同樣訪問私有成員變量，還有「 給類動態添加屬性：LNTextField.placeholderColor || 交換方法：imageNamed => ln_imageNamed 」，還有深刻的 「 消息機制的調用流程 || 字典轉模型 || 實現NSCoding歸解檔 」以及咱們常說的「黑魔法」 是什麼？

runtime 是編程中比較難的模塊，想要深刻學習，這個模塊你必須掌握，一樣還有寫的另外一篇 runloop 模塊，下面是我對 runtime 的整理，從零開始，由淺入深，且帶了幾個 Runtime 實踐場景 --> 大廠來的工友們可選擇性路過。

目錄： 🤡 、 👨‍💻、👙

1. runtime.h 釋義
2. 消息機制
   1.isa指針釋義
   2.方法調用，是否真的是轉換爲消息機制？
   2.objc_msgSend 參數概念釋義
3. 消息機制（方法調用流程）
4. 常見做用
5. 開發場景「工做掌握」
   1.交換方法
   2.給系統分類動態添加屬性
   3.字典轉模型（Runtime 考慮三種狀況實現）
6. 其它做用「面試熟悉」
   1.動態添加方法
   2.動態變量控制
   3.實現NSCoding的自動歸檔和解檔
   4.runtime 部分函數
   5.method swizzling（俗稱黑魔法）
7. 一道面試題的註解
8. 模塊博文推薦(❤️數量較多)
9. Runtime & Runloop 常面問題整理（附答案）
10. Demo 重要的部分代碼中都有相應的註解和文字打印，運行程序能夠很直觀的表現
11. iOS 模塊註解—「Runloop面試、工做」看我就 🐒 了 ^_^.

釋義

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Objective-C 是基於 C 的，它爲 C 添加了面向對象的特性。它將不少靜態語言在編譯和連接時期作的事放到了 runtime 運行時來處理，能夠說 runtime 是咱們 Objective-C 幕後工做者。
1.runtime（簡稱運行時），是一套 純C(C和彙編)寫的API。而 OC 就是運行時機制，也就是在運行時候的一些機制，其中最主要的是 消息機制。

2.對於 C 語言，函數的調用在編譯的時候會決定調用哪一個函數。

3.運行時機制原理：OC的函數調用稱爲消息發送，屬於 動態調用過程。在 編譯的時候 並不能決定真正調用哪一個函數，只有在真 正運行的時候 纔會根據函數的名稱找到對應的函數來調用。

4.事實證實：在編譯階段，OC 能夠 調用任何函數，即便這個函數並未實現，只要聲明過就不會報錯，只有當運行的時候纔會報錯，這是由於OC是運行時動態調用的。而 C 語言 調用未實現的函數 就會報錯。

消息機制

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咱們寫 OC 代碼，它在運行的時候也是轉換成了 runtime 方式運行的。任何方法調用本質：就是發送一個消息（用 runtime發送消息，OC 底層實現經過 runtime 實現），每個 OC 的方法，底層必然有一個與之對應的 runtime 方法。

驗證示例：方法調用，是否真的是轉換爲消息機制？

消息機制原理：對象根據方法編號SEL去映射表查找對應的方法實現。
註解：
1.必需要導入頭文件 #import <objc/message.h>
2.咱們導入系統的頭文件，通常用尖括號。
3.OC 解決消息機制方法提示步驟【查找build setting -> 搜索msg -> objc_msgSend（YES --> NO）】
4.最終生成消息機制，編譯器作的事情，最終代碼，須要把當前代碼用xcode從新編譯，【clang -rewrite-objc main.m 查看最終生成代碼】，示例：cd main.m --> 輸入前面指令，就會生成 .opp文件(C++代碼)
5.這裏通常不會直接導入<objc/runtime.h>

示例代碼：OC 方法 <--> runtime 方法

objc_msgSend 參數概念

消息機制「方法調用流程」

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面試：消息機制方法調用流程❓
怎麼去調用eat方法，
對象方法：(保存到類對象的方法列表) ，類方法：(保存到元類(Meta Class)中方法列表)。

1.OC 在向一個對象發送消息時，runtime 庫會根據對象的 isa指針找到該對象對應的類或其父類中查找方法。。
2.註冊方法編號（這裏用方法編號的好處，能夠快速查找）。
3.根據方法編號去查找對應方法。
4.找到只是最終函數實現地址，根據地址去方法區調用對應函數。

補充：一個objc 對象的 isa 的指針指向什麼？有什麼做用？
每個對象內部都有一個isa指針，這個指針是指向它的真實類型，根據這個指針就能知道未來調用哪一個類的方法。

isa指針相關釋義

上面也提到OC底層都是轉化爲runtime方式來實現的，類和類的實例（對象）都相對於的isa指針。
咱們能夠在Xcode中使用 [Shift＋Cmd＋O ] 快速打開文件objc.h 能看到類的定義：



總結：runtime 對象，類，元類的isa指針關係圖
一、每個對象本質上都是一個類的實例。其中類定義了成員變量和成員方法的列表。對象經過對象的isa指針指向所屬類。
二、每個類本質上都是一個對象，類實際上是元類（meteClass）的實例。元類定義了類方法的列表。類經過類的isa指針指向元類。
三、元類保存了類方法的列表。當類方法被調用時，先會從自己查找類方法的實現，若是沒有，元類會向他父類查找該方法。同時注意的是：元類（meteClass）也是類，它也是對象。元類經過isa指針最終指向的是一個根元類(root meteClass)。
四、根元類的isa指針指向自己，這樣造成了一個封閉的內循環。

常見做用

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開發場景「工做掌握」

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runtime 交換方法

場景：當第三方框架 或者 系統原生方法功能不能知足咱們的時候，咱們能夠在保持系統原有方法功能的基礎上，添加額外的功能。

需求：加載一張圖片直接用[UIImage imageNamed:@"image"];是沒法知道到底有沒有加載成功。給系統的imageNamed添加額外功能（是否加載圖片成功）。
方案一：繼承系統的類，重寫方法.（弊端：每次使用都須要導入）
方案二：使用 runtime，交換方法.

步驟：
1.給系統的方法添加分類
2.本身實現一個帶有擴展功能的方法
3.交換方法,只須要交換一次,

場景代碼：方法+調用+打印輸出

總結：
咱們所作的就是在方法調用流程第三步的時候，交換兩個方法地址指向。並且咱們改變指向要在系統的imageNamed:方法調用前，因此將代碼寫在了分類的load方法裏。最後當運行的時候系統的方法就會去找咱們的方法的實現。

給系統分類動態添加屬性

場景：給系統的類添加額外屬性的時候，可使用runtime動態添加屬性方法。
原理：給一個類聲明屬性，其實本質就是給這個類添加關聯，並非直接把這個值的內存空間添加到類存空間。
註解：給系統 NSObject 添加一個分類，咱們知道在分類中是不可以添加成員屬性的，雖然咱們用了@property，可是僅僅會自動生成get和set方法的聲明，並無帶下劃線的屬性和方法實現生成。可是咱們能夠經過runtime就能夠作到給它方法的實現。

需求：給系統 NSObject 類動態添加屬性 name 字符串。

場景代碼：方法+調用+打印

總結：
其實，屬性賦值的本質，就是讓屬性與一個對象產生關聯，因此要給NSObject的分類的name屬性賦值就是讓name和NSObject產生關聯，而runtime能夠作到這一點。

字典轉模型

字典轉模型的方式：

• 給模型中屬性，在 .m 依次賦值（初學者）。
• 字典轉模型 KVC 實現
  • KVC 字典轉模型弊端：必須保證，模型中的屬性和字典中的key 一一對應。
  • 若是不一致，就會調用[<Status 0x7fa74b545d60> setValue:forUndefinedKey:] 報key找不到的錯。
  • 分析：模型中的屬性和字典的key不一一對應，系統就會調用setValue:forUndefinedKey:報錯。
  • 解決：重寫對象的setValue:forUndefinedKey:，把系統的方法覆蓋，就能繼續使用KVC，字典轉模型了。
• 字典轉模型 Runtime 實現

  • 思路：利用運行時，遍歷模型中全部屬性，根據模型的屬性名，去字典中查找key，取出對應的值，給模型的屬性賦值（從提醒：字典中取值，不必定要所有取出來）；提供一個NSObject分類，專門字典轉模型，之後全部模型均可以經過這個分類實現字典轉模型。

  • 考慮狀況：
    1.當字典的key和模型的屬性匹配不上。
    2.模型中嵌套模型（模型屬性是另一個模型對象）。
    3.數組中裝着模型（模型的屬性是一個數組，數組中是一個個模型對象）。

  • 註解：
    根據上面的三種特殊狀況，先是字典的key和模型的屬性不對應的狀況。不對應有兩種，一種是字典的鍵值大於模型屬性數量，這時候咱們不須要任何處理，由於runtime是先遍歷模型全部屬性，再去字典中根據屬性名找對應值進行賦值，多餘的鍵值對也固然不會去看了；另一種是模型屬性數量大於字典的鍵值對，這時候因爲屬性沒有對應值會被賦值爲nil，就會致使crash，咱們只需加一個判斷便可。考慮三種狀況下面一一註解
• MJExtension 字典轉模型實現
  • 底層也是對 runtime 的封裝，才能夠把一個模型中全部屬性遍歷出來。（我之因此看不懂，是MJ封裝了不少層而已^_^.）。

示例：runtime 字典轉模型考慮三種狀況

一、runtime 字典轉模型-->字典的 key 和模型的屬性不匹配「模型屬性數量大於字典鍵值對數」，這種狀況處理以下：

註解：
這裏在獲取模型類中的全部屬性名，是採起 class_copyIvarList 先獲取成員變量（如下劃線開頭） ，而後再處理成員變量名，字典中的key(去掉 _ ,從第一個角標開始截取) 獲得屬性名。

緣由：

二、runtime 字典轉模型-->模型中嵌套模型「模型屬性是另一個模型對象」，這種狀況處理以下：

三、runtime 字典轉模型-->數組中裝着模型「模型的屬性是一個數組，數組中是字典模型對象」，這種狀況處理以下：

總結：
咱們既然能獲取到屬性類型，那就能夠攔截到模型的那個數組屬性，進而對數組中每一個模型遍歷並字典轉模型，可是咱們不知道數組中的模型都是什麼類型，咱們能夠聲明一個方法，該方法目的不是讓其調用，而是讓其實現並返回模型的類型。

這裏提到的你若是不是很清楚，建議參考個人Demo，重要的部分代碼中都有相應的註解和文字打印，運行程序能夠很直觀的表現。

其它做用「面試熟悉」

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動態添加方法

場景：若是一個類方法很是多，加載類到內存的時候也比較耗費資源，須要給每一個方法生成映射表，可使用動態給某個類，添加方法解決。

註解：OC 中咱們很習慣的會用懶加載，當用到的時候纔去加載它，可是實際上只要一個類實現了某個方法，就會被加載進內存。當咱們不想加載這麼多方法的時候，就會使用到 runtime 動態的添加方法。

需求：runtime 動態添加方法處理調用一個未實現的方法 和 去除報錯。

場景代碼：方法+調用+打印輸出

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實現NSCoding的自動歸檔和解檔

若是你實現過自定義模型數據持久化的過程，那麼你也確定明白，若是一個模型有許多個屬性，那麼咱們須要對每一個屬性都實現一遍encodeObject 和 decodeObjectForKey方法，若是這樣的模型又有不少個，這還真的是一個十分麻煩的事情。下面來看看簡單的實現方式。

假設如今有一個Movie類，有3個屬性。先看下 .h文件

若是是正常寫法，.m 文件應該是這樣的：

若是這裏有100個屬性，那麼咱們也只能把100個屬性都給寫一遍嗎。
不過你會使用runtime後，這裏就有更簡便的方法，以下。

這樣的方式實現，無論有多少個屬性，寫這幾行代碼就搞定了。
下面看看更加簡便的方法：兩句代碼搞定。

優化：
上面是encodeWithCoder 和 initWithCoder這兩個方法抽成宏。咱們能夠把這兩個宏單獨放到一個文件裏面，這裏之後須要進行數據持久化的模型均可以直接使用這兩個宏。

runtime 下Class的各項操做

1.runtime 部分函數

method swizzling（俗稱黑魔法）

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• 簡單說就是進行方法交換
• 在Objective-C中調用一個方法，實際上是向一個對象發送消息，查找消息的惟一依據是selector的名字。利用Objective-C的動態特性，能夠實如今運行時偷換selector對應的方法實現，達到給方法掛鉤的目的
• 每一個類都有一個方法列表，存放着方法的名字和方法實現的映射關係，selector的本質其實就是方法名，IMP有點相似函數指針，指向具體的Method實現，經過selector就能夠找到對應的IMP。

• 交換方法的幾種實現方式
  • 利用 method_exchangeImplementations 交換兩個方法的實現
  • 利用 class_replaceMethod 替換方法的實現
  • 利用 method_setImplementation 來直接設置某個方法的IMP。

這裏能夠參考簡友這篇：Runtime Method Swizzling開發實例彙總

一道面試題的註解

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下面的代碼輸出什麼?

先思考一下，會打印出來什麼❓

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答案：都輸出 Son

• class 獲取當前方法的調用者的類，superClass 獲取當前方法的調用者的父類，super 僅僅是一個編譯指示器，就是給編譯器看的，不是一個指針。
• 本質：只要編譯器看到super這個標誌，就會讓當前對象去調用父類方法，本質仍是當前對象在調用

這個題目主要是考察關於objc中對 self 和 super 的理解：

• self 是類的隱藏參數，指向當前調用方法的這個類的實例。而 super 本質是一個編譯器標示符，和 self 是指向的同一個消息接受者

• 當使用 self 調用方法時，會從當前類的方法列表中開始找，若是沒有，就從父類中再找；

• 而當使用 super時，則從父類的方法列表中開始找。而後調用父類的這個方法

• 調用 [self class] 時，會轉化成 objc_msgSend 函數

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Runtime & Runloop 常面問題整理（附答案）

同一個面試問題並不是只有一個答案，而同一個答案並非在任何面試場合都有效，關鍵在於應聘者掌握了規律後，對面試的具體狀況進行把握，有意識地揣摩面試官提出問題的心理 (真實問答)，要 get 的到問的點，而後答其所問，算是「 投其所好 」吧。
摘錄：
http://www.jianshu.com/p/56e40ea56813
http://www.jianshu.com/p/f9eb6b315c08

Runtime

01 / objc在向一個對象發送消息時，發生了什麼？

參考1：根據對象的 isa 指針找到類對象 id，在查詢類對象裏面的 methodLists 方法函數列表，若是沒有在好到，在沿着 superClass ,尋找父類，再在父類 methodLists 方法列表裏面查詢，最終找到 SEL ,根據 id 和 SEL 確認 IMP（指針函數）,在發送消息；

02 / 問題：何時會報unrecognized selector錯誤？iOS有哪些機制來避免走到這一步？

參考1：當發送消息的時候，咱們會根據類裏面的 methodLists 列表去查詢咱們要動用的SEL，當查詢不到的時候，咱們會一直沿着父類查詢，當最終查詢不到的時候咱們會報 unrecognized selector 錯誤，當系統查詢不到方法的時候，會調用 +(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel 動態解釋的方法來給我一次機會來添加，調用不到的方法。或者咱們能夠再次使用 -(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 重定向的方法來告訴系統，該調用什麼方法，一來保證不會崩潰。

03 / 問題：可否向編譯後獲得的類中增長實例變量？可否向運行時建立的類中添加實例變量？爲何？

參考1：一、不能向編譯後獲得的類增長實例變量 二、能向運行時建立的類中添加實例變量。

分析：1. 編譯後的類已經註冊在 runtime 中,類結構體中的 objc_ivar_list 實例變量的鏈表和 instance_size 實例變量的內存大小已經肯定，runtime會調用 class_setvarlayout 或 class_setWeaklvarLayout 來處理strong weak 引用.因此不能向存在的類中添加實例變量。2. 運行時建立的類是能夠添加實例變量，調用class_addIvar函數. 可是的在調用 objc_allocateClassPair 以後，objc_registerClassPair 以前,緣由同上.

04 / 問題：runtime如何實現weak變量的自動置nil？

參考1：runtime 對註冊的類， 會進行佈局，對於 weak 對象會放入一個 hash 表中。 用 weak 指向的對象內存地址做爲 key，當此對象的引用計數爲0的時候會 dealloc，假如 weak 指向的對象內存地址是a，那麼就會以a爲鍵， 在這個 weak 表中搜索，找到全部以a爲鍵的 weak 對象，從而設置爲 nil。

05 / 問題：給類添加一個屬性後，在類結構體裏哪些元素會發生變化？

參考1：instance_size ：實例的內存大小；objc_ivar_list *ivars:屬性列表

RunLoop

01 / 問題：runloop是來作什麼的？runloop和線程有什麼關係？主線程默認開啓了runloop麼？子線程呢？

參考1：runloop: 從字面意思看：運行循環、跑圈，其實它內部就是do-while循環，在這個循環內部不斷地處理各類任務（好比Source、Timer、Observer）事件。runloop和線程的關係：一個線程對應一個RunLoop，主線程的RunLoop默認建立並啓動，子線程的RunLoop需手動建立且手動啓動（調用run方法）。RunLoop只能選擇一個Mode啓動，若是當前Mode中沒有任何Source(Sources0、Sources1)、Timer，那麼就直接退出RunLoop。

02 / 問題：runloop的mode是用來作什麼的？有幾種mode？

參考1：model:是runloop裏面的運行模式，不一樣的模式下的runloop處理的事件和消息有必定的差異。系統默認註冊了5個Mode:（1）kCFRunLoopDefaultMode: App的默認 Mode，一般主線程是在這個 Mode 下運行的。（2）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。（3）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。（4）GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系統事件的內部 Mode，一般用不到。（5）kCFRunLoopCommonModes: 這是一個佔位的 Mode，沒有實際做用。注意iOS 對以上5中model進行了封裝 NSDefaultRunLoopMode、NSRunLoopCommonModes

03 / 問題：爲何把NSTimer對象以NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）添加到主運行循環之後，滑動scrollview的時候NSTimer卻不動了？

參考1：nstime對象是在 NSDefaultRunLoopMode下面調用消息的，可是當咱們滑動scrollview的時候，NSDefaultRunLoopMode模式就自動切換到UITrackingRunLoopMode模式下面，卻不能夠繼續響應nstime發送的消息。因此若是想在滑動scrollview的狀況下面還調用nstime的消息，咱們能夠把nsrunloop的模式更改成NSRunLoopCommonModes.

04 / 問題：蘋果是如何實現Autorelease Pool的？

參考1：Autorelease Pool做用：緩存池，能夠避免咱們常常寫relase的一種方式。其實就是延遲release，將建立的對象，添加到最近的autoreleasePool中，等到autoreleasePool做用域結束的時候，會將裏面全部的對象的引用計數器 - autorelease.

附上寫的小樣 Demo，重要的部分代碼中都有相應的註解和文字打印，運行程序能夠很直觀的表現

Reading

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