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:

  1. 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。
  2. 其次,传递对象,方法指定的参数来调用方法实现。
  3. 最后返回方法实现的返回值。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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
  1. 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。

  2. 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

  1. 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)。

  1. 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, …)

  1. 检查接受者是否存在,为nil则不做任何处理;
  2. 通过receiverdeisa指针找到对应的class类对象;
  3. 找到类对象之后通过内存平移找到cache;
  4. 从cache中获取buckets;
  5. 从buckets中对比sel,查看是否有同名方法;
  6. 如果有对应的sel,就会进入到cacheHit,调用imp;
  7. 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;
}

  1. 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
}
  1. 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;
}

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findMethodInSortedMethodListfindMethodInUnsortedMethodList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)

  1. 从本类的 method list (二分查找/遍历查找)查找imp
  2. 从本类的父类的cache查找imp(汇编)
  3. 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
  4. 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
  5. 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:
在这里插入图片描述

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resolveInstanceMethodresolveClassMethod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_getImpcache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:
在这里插入图片描述
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");
}

在这里插入图片描述

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;

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

在这里插入图片描述
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__);
}

在这里插入图片描述

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
    在这里插入图片描述

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