【iOS】—— 消息传递和消息转发
1. 消息传递
在iOS中，消息传递机制是基于Objective-C语言的动态性质的一种编程方式。这个概念主要涉及两个概念：发送者（消息发送的对象）和接受者（消息接收的对象）。当调用一个对象的方法的时候，实际上是向这个对象发送了一条消息。
比如下面的代码：
id returnValue = [someObject messageName: parameter];
someObject叫做接收者(receiver)，messageName:叫做选择子(selector)，选择子和参数合起来称为“消息”。
编译器看到此消息后，将其转换为一条标准的C语言函数调用，所调用的函数乃是消息传递机制中的核心函数叫做objc_msgSend，
编译器看到上述这条消息会转换成一条标准的 C 语言函数调用：
id returnValue = objc_msgSend(someObject, @selector(messageName:), parameter);
objc_msgSend函数，这个函数将消息接收者和方法名作为主要参数，其原型如下所示：
// 不带参数
objc_msgSend(receiver, selector)
// 带参数
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2,...)
objc_msgSend通过以下几个步骤实现了动态绑定机制：
- 首先获取selector指向的方法实现。因为相同的方法可能会在不同的类中有不同的实现，所以要根据receiver来进行判断。
- 其次，传递对象，方法指定的参数来调用方法实现。
- 最后返回方法实现的返回值。
- 当消息传递到一个对象的时候，首先从运行时的系统缓存objc_cache中进行查找。如果找到，就执行。否则执行下一步。
- objc_msgSend通过对象的isa指针获取类的结构体，然后在结构体的methodLists中查找方法，如果没有找到，就沿着superclass找到父类，在父类的分发表methodLists中继续查找。
- 以此类推，一直沿着继承链找到NSObject类。一旦找到selector，传入相应的参数来实现具体方法，并将该方法加入到objc_cache。如果最后还没有找到，就会进入消息转发流程。
SEL选择子
SEL 是选择器(Selector)的别名，它是表示一个方法的符号名。选择器是用来表示一个方法名的，可以看作是一个指向方法的指针。
在OC中方法并不是一个单纯的函数，由两部分组成：选择器（SEL）和实现体（IMP）。
选择器是一个字符串，用来表示方法名字；实现体是一个函数指针，指向方法的实现。
每个方法在 Objective-C 运行时环境中都有一个选择器与之对应。选择器可以看作是一个内部的名称，用于在运行时识别要被调用的方法。你可以通过 @selector() 来获取一个方法的选择器。
例如，假设你有一个名为 doSomething 的方法，你可以这样获取它的选择器：
SEL selector = @selector(doSomething);
选择器主要用于以下几个方面：
- 方法的调用：可以通过 -performSelector: 方法和一些变体来间接调用一个方法。这在你需要在运行时动态决定要调用的方法时非常有用。
- 作为方法的参数：在很多 Cocoa 和 Cocoa Touch 的 API 中，你会发现有许多方法的参数是选择器，例如 NSTimer 的 +scheduledTimerWithTimeInterval:target:selector:userInfo:repeats:。
- 响应者链：在 iOS 的事件处理和图形用户界面编程中，选择器常常被用来确定哪个方法应该被调用来响应一个特定的事件，例如按钮点击等。
选择器是在编译阶段由编译器生成的。编译器会根据方法名（包括参数序列）生成一个唯一的 ID，这个 ID 就是 SEL 类型的。
其中需要注意的是：@selector等于是把方法名翻译成SEL方法名。其仅仅关心方法名和参数个数，并不关心返回值与参数类型
IMP
**IMP是一个函数指针,保存了方法地址。**它是OC方法实现代码块的地址，通过他可以直接访问任意一个方法。免去发送消息的代码，IMP声明:
typedef id (&IMP)(id,SEL,...);
IMP 是一个函数指针，这个被指向的函数包含一个接收消息的对象id(self 指针)，调用方法的选标SEL（方法名），以及不定个数的方法参数，并返回一个id。
IMP和SEL的区别与联系：
- SEL：类方法的指针，相当于一种编号，区别与IMP。
- IMP：函数指针，保存了方法的地址。
SEL是通过表取对应关系的IMP，进行方法的调用。可以将SEL想象成一个指向方法名的指针，但它并不直接关联方法的实现代码，而是作为查找方法实现（即IMP）的一个标记或键值。
查找 IMP方式大致分为两种：快速查找和慢速查找。
快速查找
汇编代码查找过程
-
首先从cmp p0,#0开始，这里p0是寄存器，存放的是消息接受者。当进入消息发送入口时，先判断消息接收者是否存在，不存在则重新执行objc_msgSend。
-
b.le LNilOrTagged，b是跳转到的意思。le是如果p0小于等于0，总体意思是若p0小于等于0，则跳转到LNilOrTagged，执行b.eq LReturnZero直接退出这个函数。
//进入objc_msgSend流程
ENTRY _objc_msgSend
//流程开始，无需frame
UNWIND _objc_msgSend, NoFrame
//判断p0（消息接收者）是否存在，不存在则重新开始执行objc_msgSend
cmp p0, #0 // nil check and tagged pointer check
//如果支持小对象类型，返回小对象或空
#if SUPPORT_TAGGED_POINTERS
//b是进行跳转，b.le是小于判断，也就是p0小于0的时候跳转到LNilOrTagged
b.le LNilOrTagged // (MSB tagged pointer looks negative)
#else
//等于，如果不支持小对象，就跳转至LReturnZero退出
b.eq LReturnZero
#endif
//通过p13取isa
ldr p13, [x0] // p13 = isa
//通过isa取class并保存到p16寄存器中
GetClassFromIsa_p16 p13, 1, x0 // p16 = class
- 如果消息接受者不为nil,汇编继续跑，到CacheLookup NORMAL，在cache中查找imp，来看一下具体的实现
//在cache中通过sel查找imp的核心流程
.macro CacheLookup Mode, Function, MissLabelDynamic, MissLabelConstant
//
// Restart protocol:
//
// As soon as we're past the LLookupStart\Function label we may have
// loaded an invalid cache pointer or mask.
//
// When task_restartable_ranges_synchronize() is called,
// (or when a signal hits us) before we're past LLookupEnd\Function,
// then our PC will be reset to LLookupRecover\Function which forcefully
// jumps to the cache-miss codepath which have the following
// requirements:
//
// GETIMP:
// The cache-miss is just returning NULL (setting x0 to 0)
//
// NORMAL and LOOKUP:
// - x0 contains the receiver
// - x1 contains the selector
// - x16 contains the isa
// - other registers are set as per calling conventions
//
//从x16中取出class移到x15中
mov x15, x16 // stash the original isa
//开始查找
LLookupStart\Function:
// p1 = SEL, p16 = isa
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16_BIG_ADDRS
//ldr表示将一个值存入到p10寄存器中
//x16表示p16寄存器存储的值，当前是Class
//#数值 表示一个值，这里的CACHE经过全局搜索发现是2倍的指针地址，也就是16个字节
//#define CACHE (2 * __SIZEOF_POINTER__)
//经计算，p10就是cache
ldr p10, [x16, #CACHE] // p10 = mask|buckets
lsr p11, p10, #48 // p11 = mask
and p10, p10, #0xffffffffffff // p10 = buckets
and w12, w1, w11 // x12 = _cmd & mask
//真机64位看这个
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
//CACHE 16字节，也就是通过isa内存平移获取cache，然后cache的首地址就是 (bucket_t *)
ldr p11, [x16, #CACHE] // p11 = mask|buckets
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
//获取buckets
#if __has_feature(ptrauth_calls)
tbnz p11, #0, LLookupPreopt\Function
and p10, p11, #0x0000ffffffffffff // p10 = buckets
#else
//and表示与运算，将与上mask后的buckets值保存到p10寄存器
and p10, p11, #0x0000fffffffffffe // p10 = buckets
//p11与#0比较，如果p11不存在，就走Function，如果存在走LLookupPreopt
tbnz p11, #0, LLookupPreopt\Function
#endif
//按位右移7个单位，存到p12里面，p0是对象，p1是_cmd
eor p12, p1, p1, LSR #7
and p12, p12, p11, LSR #48 // x12 = (_cmd ^ (_cmd >> 7)) & mask
#else
and p10, p11, #0x0000ffffffffffff // p10 = buckets
//LSR表示逻辑向右偏移
//p11, LSR #48表示cache偏移48位，拿到前16位，也就是得到mask
//这个是哈希算法，p12存储的就是搜索下标（哈希地址）
//整句表示_cmd & mask并保存到p12
and p12, p1, p11, LSR #48 // x12 = _cmd & mask
#endif // CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
ldr p11, [x16, #CACHE] // p11 = mask|buckets
and p10, p11, #~0xf // p10 = buckets
and p11, p11, #0xf // p11 = maskShift
mov p12, #0xffff
lsr p11, p12, p11 // p11 = mask = 0xffff >> p11
and p12, p1, p11 // x12 = _cmd & mask
#else
#error Unsupported cache mask storage for ARM64.
#endif
//去除掩码后bucket的内存平移
//PTRSHIFT经全局搜索发现是3
//LSL #(1+PTRSHIFT)表示逻辑左移4位，也就是*16
//通过bucket的首地址进行左平移下标的16倍数并与p12相与得到bucket，并存入到p13中
add p13, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
// p13 = buckets + ((_cmd & mask) << (1+PTRSHIFT))
// do {
//ldp表示出栈，取出bucket中的imp和sel分别存放到p17和p9
1: ldp p17, p9, [x13], #-BUCKET_SIZE // {imp, sel} = *bucket--
//cmp表示比较，对比p9和p1，如果相同就找到了对应的方法，返回对应imp，走CacheHit
cmp p9, p1 // if (sel != _cmd) {
//b.ne表示如果不相同则跳转到3f
b.ne 3f // scan more
// } else {
2: CacheHit \Mode // hit: call or return imp
// }
//向前查找下一个bucket，一直循环直到找到对应的方法，循环完都没有找到就调用_objc_msgSend_uncached
3: cbz p9, \MissLabelDynamic // if (sel == 0) goto Miss;
//通过p13和p10来判断是否是第一个bucket
cmp p13, p10 // } while (bucket >= buckets)
b.hs 1b
// wrap-around:
// p10 = first bucket
// p11 = mask (and maybe other bits on LP64)
// p12 = _cmd & mask
//
// A full cache can happen with CACHE_ALLOW_FULL_UTILIZATION.
// So stop when we circle back to the first probed bucket
// rather than when hitting the first bucket again.
//
// Note that we might probe the initial bucket twice
// when the first probed slot is the last entry.
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16_BIG_ADDRS
add p13, p10, w11, UXTW #(1+PTRSHIFT)
// p13 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
add p13, p10, p11, LSR #(48 - (1+PTRSHIFT))
// p13 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)
// see comment about maskZeroBits
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4
add p13, p10, p11, LSL #(1+PTRSHIFT)
// p13 = buckets + (mask << 1+PTRSHIFT)
#else
#error Unsupported cache mask storage for ARM64.
#endif
add p12, p10, p12, LSL #(1+PTRSHIFT)
// p12 = first probed bucket
// do {
4: ldp p17, p9, [x13], #-BUCKET_SIZE // {imp, sel} = *bucket--
cmp p9, p1 // if (sel == _cmd)
b.eq 2b // goto hit
cmp p9, #0 // } while (sel != 0 &&
ccmp p13, p12, #0, ne // bucket > first_probed)
b.hi 4b
LLookupEnd\Function:
LLookupRecover\Function:
b \MissLabelDynamic
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
#if CACHE_MASK_STORAGE != CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16
#error config unsupported
#endif
LLookupPreopt\Function:
#if __has_feature(ptrauth_calls)
and p10, p11, #0x007ffffffffffffe // p10 = buckets
autdb x10, x16 // auth as early as possible
#endif
// x12 = (_cmd - first_shared_cache_sel)
adrp x9, _MagicSelRef@PAGE
ldr p9, [x9, _MagicSelRef@PAGEOFF]
sub p12, p1, p9
// w9 = ((_cmd - first_shared_cache_sel) >> hash_shift & hash_mask)
#if __has_feature(ptrauth_calls)
// bits 63..60 of x11 are the number of bits in hash_mask
// bits 59..55 of x11 is hash_shift
lsr x17, x11, #55 // w17 = (hash_shift, ...)
lsr w9, w12, w17 // >>= shift
lsr x17, x11, #60 // w17 = mask_bits
mov x11, #0x7fff
lsr x11, x11, x17 // p11 = mask (0x7fff >> mask_bits)
and x9, x9, x11 // &= mask
#else
// bits 63..53 of x11 is hash_mask
// bits 52..48 of x11 is hash_shift
lsr x17, x11, #48 // w17 = (hash_shift, hash_mask)
lsr w9, w12, w17 // >>= shift
and x9, x9, x11, LSR #53 // &= mask
#endif
// sel_offs is 26 bits because it needs to address a 64 MB buffer (~ 20 MB as of writing)
// keep the remaining 38 bits for the IMP offset, which may need to reach
// across the shared cache. This offset needs to be shifted << 2. We did this
// to give it even more reach, given the alignment of source (the class data)
// and destination (the IMP)
ldr x17, [x10, x9, LSL #3] // x17 == (sel_offs << 38) | imp_offs
cmp x12, x17, LSR #38
.if \Mode == GETIMP
b.ne \MissLabelConstant // cache miss
sbfiz x17, x17, #2, #38 // imp_offs = combined_imp_and_sel[0..37] << 2
sub x0, x16, x17 // imp = isa - imp_offs
SignAsImp x0
ret
.else
b.ne 5f // cache miss
sbfiz x17, x17, #2, #38 // imp_offs = combined_imp_and_sel[0..37] << 2
sub x17, x16, x17 // imp = isa - imp_offs
.if \Mode == NORMAL
br x17
.elseif \Mode == LOOKUP
orr x16, x16, #3 // for instrumentation, note that we hit a constant cache
SignAsImp x17
ret
.else
.abort unhandled mode \Mode
.endif
5: ldursw x9, [x10, #-8] // offset -8 is the fallback offset
add x16, x16, x9 // compute the fallback isa
b LLookupStart\Function // lookup again with a new isa
.endif
#endif // CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
.endmacro
类对象/元类通过内存平移获得cache，获得buckets。
在缓存中找到了就直接调用，找到sel就会进入CacheHit，去return or call imp：返回或调用方法的实现(imp)。
- 如果没有找到缓存，查找下一个bucket，一直循环直到找到对应的方法，最后还没有找到的话，就调用objc_msgSend_uncached方法。
下面是上述判断跳转代码：
//LGetIsaDone是一个入口
LGetIsaDone:
// calls imp or objc_msgSend_uncached
//进入到缓存查找或者没有缓存查找方法的流程
CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend, __objc_msgSend_uncached
__objc_msgSend_uncached源码汇编：
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves
// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p15 is the class to search
MethodTableLookup
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgSend_uncached
其中调用了MethodTableLookup宏: 从方法列表中去查找方法
看一下它的结构：
.macro MethodTableLookup
SAVE_REGS MSGSEND
// lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER)
// receiver and selector already in x0 and x1
mov x2, x16
mov x3, #3
bl _lookUpImpOrForward
// IMP in x0
mov x17, x0
RESTORE_REGS MSGSEND
.endmacro
总结消息转送快速查找IMP
objc_msgSend(receiver, sel, …)
- 检查接受者是否存在，为nil则不做任何处理；
- 通过receiverdeisa指针找到对应的class类对象；
- 找到类对象之后通过内存平移找到cache；
- 从cache中获取buckets；
- 从buckets中对比sel，查看是否有同名方法；
- 如果有对应的sel，就会进入到cacheHit，调用imp；
- 如果没有对应的sel，进入objc_msgSend_uncached，然后到lookUpImpOrForward（慢速查找）。
方法缓存：
如果一个方法被调用了，那个这个方法有更大的几率被再此调用，既然如此直接维护一个缓存列表，把调用过的方法加载到缓存列表中，再次调用该方法时，先去缓存列表中去查找，如果找不到再去方法列表查询。这样避免了每次调用方法都要去方法列表去查询，大大的提高了速率。
慢速查找
NEVER_INLINE
IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
IMP imp = nil;
Class curClass;
runtimeLock.assertUnlocked();
if (slowpath(!cls->isInitialized())) {
...省略部分
for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {
if (curClass->cache.isConstantOptimizedCache(/* strict */true)) {
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) goto done_unlock;
curClass = curClass->cache.preoptFallbackClass();
#endif
} else {
// curClass method list.
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
imp = meth->imp(false);
goto done;
}
if (slowpath((curClass = curClass->getSuperclass()) == nil)) {
// No implementation found, and method resolver didn't help.
// Use forwarding.
imp = forward_imp;
break;
}
}
// Halt if there is a cycle in the superclass chain.
if (slowpath(--attempts == 0)) {
_objc_fatal("Memory corruption in class list.");
}
// Superclass cache.
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (slowpath(imp == forward_imp)) {
// Found a forward:: entry in a superclass.
// Stop searching, but don't cache yet; call method
// resolver for this class first.
break;
}
if (fastpath(imp)) {
// Found the method in a superclass. Cache it in this class.
goto done;
}
}
// 未找到实现。请尝试一次方法解析器。
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
done:
if (fastpath((behavior & LOOKUP_NOCACHE) == 0)) {
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
while (cls->cache.isConstantOptimizedCache(/* strict */true)) {
cls = cls->cache.preoptFallbackClass();
}
#endif
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
}
done_unlock:
runtimeLock.unlock();
if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
return nil;
}
return imp;
}
- 检查类是否被初始化，是否是个已知的关系，确定继承关系的准备工作。
for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {
if (curClass->cache.isConstantOptimizedCache(/* strict */true)) {
// 如果是常量优化缓存
// 再一次从cache查找imp
// 目的：防止多线程操作时，刚好调用函数，此时缓存进来了
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES // iOS操作系统且真机的情况下
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (imp) goto done_unlock;
curClass = curClass->cache.preoptFallbackClass();
#endif
} else {
// curClass方法列表。
method_t *meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
imp = meth->imp(false);
goto done;
}
// 每次判断都会把curClass的父类赋值给curClass
if (slowpath((curClass = curClass->getSuperclass()) == nil)) {
// 没有找到实现，方法解析器没有帮助。
// 使用转发。
imp = forward_imp;
break;
}
}
// 如果超类链中存在循环，则停止。
if (slowpath(--attempts == 0)) {
_objc_fatal("Memory corruption in class list.");
}
// 超类缓存。
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (slowpath(imp == forward_imp)) {
// 在超类中找到forward::条目。
// 停止搜索，但不要缓存;调用方法
// 首先为这个类解析器。
break;
}
if (fastpath(imp)) {
// 在超类中找到方法。在这个类中缓存它。
goto done;
}
}
进入循环逻辑：
- 从本类的methodList查找IMP（查找的方式是
getMethodNoSuper_nolock)； - 从本类的父类的的cache中查找（
cache_getImp）； - 从本类的父类demethodList查找IMP…继承链遍历…（父类->…->根父类）；
- 若上面任何一个环节查找到了imp，跳出循环，缓存方法到本类的cache中；
- 直到查找到nil，指定imp为消息转发，跳出循环。
跳出循环后的逻辑：
done:
if (fastpath((behavior & LOOKUP_NOCACHE) == 0)) {
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES // iOS操作系统且真机的情况下
while (cls->cache.isConstantOptimizedCache(/* strict */true)) {
cls = cls->cache.preoptFallbackClass();
}
#endif
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
}
done_unlock:
runtimeLock.unlock();
if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
return nil;
}
return imp;
如果找到了imp，就会把imp缓存到本类cache里（log_and_fill_cache）：（注意这里不管是本类还是本类的父类找到了imp，都会缓存到本类中去）。
static void
log_and_fill_cache(Class cls, IMP imp, SEL sel, id receiver, Class implementer)
{
#if SUPPORT_MESSAGE_LOGGING
if (slowpath(objcMsgLogEnabled && implementer)) {
bool cacheIt = logMessageSend(implementer->isMetaClass(),
cls->nameForLogging(),
implementer->nameForLogging(),
sel);
if (!cacheIt) return;
}
#endif
cls->cache.insert(sel, imp, receiver); // 插入缓存
}
getMethodNoSuper_nolock查找方式
tatic method_t *
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
runtimeLock.assertLocked();
ASSERT(cls->isRealized());
// fixme nil cls?
// fixme nil sel?
auto const methods = cls->data()->methods();
for (auto mlists = methods.beginLists(),
end = methods.endLists();
mlists != end;
++mlists)
{
// <rdar://problem/46904873> getMethodNoSuper_nolock is the hottest
// caller of search_method_list, inlining it turns
// getMethodNoSuper_nolock into a frame-less function and eliminates
// any store from this codepath.
method_t *m = search_method_list_inline(*mlists, sel);
if (m) return m;
}
return nil;
}
在search_method_list_inline里找到了method_t就会返回出去了（search_method_list_inline）：
ALWAYS_INLINE static method_t *
search_method_list_inline(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();
int methodListHasExpectedSize = mlist->isExpectedSize();
if (fastpath(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize)) {
return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
} else {
// Linear search of unsorted method list
if (auto *m = findMethodInUnsortedMethodList(sel, mlist))
return m;
}
#if DEBUG
// sanity-check negative results
if (mlist->isFixedUp()) {
for (auto& meth : *mlist) {
if (meth.name() == sel) {
_objc_fatal("linear search worked when binary search did not");
}
}
}
#endif
return nil;
}
这里就是使用findMethodInSortedMethodList和findMethodInUnsortedMethodList通过sel找到method_t的。这两个函数的区别就是：
前者是排好序的，后者是未排好序的；前者方法中的查询方式是二分查找，后者则是普通查找。
总结消息传递慢速查找IMP
IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
- 从本类的 method list (二分查找/遍历查找)查找imp
- 从本类的父类的cache查找imp(汇编)
- 从本类的父类的method list (二分查找/遍历查找)查找imp
…继承链遍历…（父类->…->根父类）里找cache和method list的imp - 若上面环节有任何一个环节查找到了imp，跳出循环，缓存方法到本类的cache，并返回imp
- 直到查找到nil，指定imp为消息转发，跳出循环，执行动态方法解析resolveMethod_locked
2. 消息转发
当一个对象无法接收某一消息时，就会启动所谓“消息转发（message forwarding）”机制。通过消息转发机制，我们可以告诉对象如何处理未知的消息。
消息转发机制大致可以分为三个步骤：
- 动态方法解析
- 备援接受者
- 完整消息转发
下图为消息转发过程的示意图：
动态决议
// No implementation found. Try method resolver once.
//未找到实现。尝试一次方法解析器
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
通过之前的源码可以发现，如果没有找到方法则尝试调用resolveMethod_locked动态解析，只会执行一次：
/***********************************************************************
* resolveMethod_locked
* Call +resolveClassMethod or +resolveInstanceMethod.
*
* Called with the runtimeLock held to avoid pressure in the caller
* Tail calls into lookUpImpOrForward, also to avoid pressure in the callerb
**********************************************************************/
static NEVER_INLINE IMP
resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
lockdebug::assert_locked(&runtimeLock);
ASSERT(cls->isRealized());
runtimeLock.unlock();
//判断是不是元类
if (! cls->isMetaClass()) {
// try [cls resolveInstanceMethod:sel]
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
else {
// try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
// and [cls resolveInstanceMethod:sel]
resolveClassMethod(inst, sel, cls);
if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls)) {
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
}
// chances are that calling the resolver have populated the cache
// so attempt using it
return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior);
}
主要用的的方法如下：
// 类方法未找到时调起，可以在此添加方法实现
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
// 对象方法未找到时调起，可以在此添加方法实现
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
//其中参数sel为未处理的方法
上述代码大致流程：
- 先判断进行解析的是不是元类
- 如果不是元类，则调用则调用
resolveInstanceMethod进行对象方法动态解析 - 如果是元类，则调用
resolveClassMethod进行类方法动态解析，完成类方法动态解析后，再次查询cls中的imp，如果没有找到，则进行一次对象方法动态解析。
而这两个方法resolveInstanceMethod和resolveClassMethod则称为方法的动态决议。
执行完上述代码后返回lookUpImpOrForwardTryCache：
IMP lookUpImpOrForwardTryCache(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
return _lookUpImpTryCache(inst, sel, cls, behavior);
}
这个方法调用的是_lookUpImpTryCache方法：
ALWAYS_INLINE
static IMP _lookUpImpTryCache(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
lockdebug::assert_unlocked(&runtimeLock);
if (slowpath(!cls->isInitialized())) {
// see comment in lookUpImpOrForward
return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior);
}
IMP imp = cache_getImp(cls, sel);
if (imp != NULL) goto done;
#if CONFIG_USE_PREOPT_CACHES
if (fastpath(cls->cache.isConstantOptimizedCache(/* strict */true))) {
imp = cache_getImp(cls->cache.preoptFallbackClass(), sel);
}
#endif
if (slowpath(imp == NULL)) {
return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior);
}
done:
if ((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
return nil;
}
return imp;
}
进入_lookUpImpTryCache源码，可以看到这里有cache_getImp；也就是说在进行一次动态决议之后，还会通过cache_getImp从cache里找一遍方法的sel。
#endif
if (slowpath(imp == NULL)) {
return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior);
}
如果还是没找到(imp == NULL)？也就是无法通过动态添加方法的话，还会执行一次lookUpImpOrForward，这时候进lookUpImpOrForward方法，这里behavior传的值会发生变化。
第二次进入lookUpImpOrForward方法后，执行到if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER))这个判断时：
// 这里就是消息转发机制第一层的入口
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
根据变化后的behavior值和LOOKUP_RESOLVER值之间的关系导致该if语句内部只能进入第一次，因此这个判断相当于单例。解释了为什么开头说的该动态解析resolveMethod_locked为什么只执行一次。
动态解析添加方法
在动态决议阶段可以为类添加方法，以保证程序正常运行
class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, const char * _Nullable types)
@cls : 给哪个类对象添加方法
@name ： SEL类型，给哪个方法名添加方法实现
@imp : IMP类型的，要把哪个方法实现添加给给定的方法名
@types ： 就是表示返回值和参数类型的字符串
我们来看一个例子：
// Dog.h
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface Dog : NSObject
- (void)print;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
//Dog.m
#import "Dog.h"
#import <objc/runtime.h>
#import "NiuBiDog.h"
@implementation Dog
@end
可以看到print方法并未实现，所以在主函数中调用程序一定会崩溃，
然后我们将代码修改为下面这样:
在.m文件中增加这个方法：
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSLog(@"%s, sel = %@", __func__, NSStringFromSelector(sel));
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
程序依然会崩溃，我们看看输出结果：
是因为找不到imp而崩溃，那么我们可以在这个方法里通过runtime的class_addMethod，给sel动态的生成imp。其中第四个参数是返回值类型，用void用字符串描述：“v@:”
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
NSLog(@"%s, sel = %@", __func__, NSStringFromSelector(sel));
if (sel == @selector(print)) {
IMP imp = class_getMethodImplementation(self, @selector(add));
class_addMethod(self, sel, imp, "v@");
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
- (void)add {
NSLog(@"12345");
}
快速转发
当cache没有找到imp，类的继承链里的方法列表都没有找到imp，并且resolveInstanceMethod / resolveClassMethod 返回NO就会进入消息转发。也就是所以如果本类没有能力去处理这个消息，那么就转发给其他的类，让其他类去处理。
done:
if ((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == (IMP)_objc_msgForward_impcache) {
return nil;
}
return imp;
从imp == (IMP)_objc_msgForward_impcache进入消息转发机制。
查看一下这个方法：
竟然是汇编实现的这就又印证了汇编速度更快的结论：
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
// No stret specialization.
b __objc_msgForward
END_ENTRY __objc_msgForward_impcache
ENTRY __objc_msgForward
adrp x17, __objc_forward_handler@PAGE
ldr p17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgForward
- Dog类中定义print方法但是不实现，利用forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 方法进行消息快速转发。
- NiuBiDog类中定义print方法且实现：
//NiuBiDog.h
#import "Dog.h"
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface NiuBiDog : Dog
- (void)print;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END
//NiuBiDog.m
#import "NiuBiDog.h"
@implementation NiuBiDog
- (void)print {
NSLog(@"\n%s", __func__);
}
@end
//Dog.m
#import "Dog.h"
#import <objc/runtime.h>
#import "NiuBiDog.h"
@implementation Dog
// 快速转发
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(print)) {
return [NiuBiDog new];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
@end
转发的作用在于，如果当前对象无法响应消息，就将它转发给能响应的对象。
慢速转发
如果消息的快速转发也没有找到方法；后面还有个methodSignatureForSelector方法，作用是方法有效性签名。
将刚才使用快速转发forwardingTargetForSelector方法注释后，添加上methodSignatureForSelector方法后，这个方法需要搭配forwardInvocation：
forwardInvocation方法提供了一个入参，类型是NSInvocation；它提供了target和selector用于指定目标里查找方法实现。
// 慢速转发
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"%s aSelector = %@", __func__, NSStringFromSelector(aSelector));
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@"];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
NSLog(@" %s, 甘，文，崔", __func__);
}
总结
防止系统崩溃的三个救命稻草：动态解析、快速转发、慢速转发。
OC方法调用的本质就是消息发送，消息发送是SEL-IMP的查找过程。
动态决议
// 类方法未找到时调起，可以在此添加方法实现
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
// 对象方法未找到时调起，可以在此添加方法实现
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
//其中参数sel为未处理的方法
消息转发
消息快速转发：
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
消息慢速转发：
// 方法签名
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
// 正向调用
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
消息的三次拯救
- 动态方法解析
- 备援接收者
- 完整消息转发
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