Runtime的特性主要是消息(方法)傳遞稽物，如果消息(方法)在對象中找不到巢价，就進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)倒得，具體怎么實(shí)現(xiàn)的呢。我們從下面幾個(gè)方面探尋Runtime的實(shí)現(xiàn)機(jī)制患蹂。

• Runtime介紹
• Runtime消息傳遞
• Runtime消息轉(zhuǎn)發(fā)
• Runtime應(yīng)用

Runtime介紹

Objective-C 擴(kuò)展了 C 語言或颊，并加入了面向?qū)ο筇匦院?Smalltalk 式的消息傳遞機(jī)制。而這個(gè)擴(kuò)展的核心是一個(gè)用 C 和 編譯語言 寫的 Runtime 庫传于。它是 Objective-C 面向?qū)ο蠛蛣討B(tài)機(jī)制的基石囱挑。

Objective-C 是一個(gè)動態(tài)語言，這意味著它不僅需要一個(gè)編譯器沼溜，也需要一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)來動態(tài)得創(chuàng)建類和對象平挑、進(jìn)行消息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)。理解 Objective-C 的 Runtime 機(jī)制可以幫我們更好的了解這個(gè)語言系草，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候還能對語言進(jìn)行擴(kuò)展通熄，從系統(tǒng)層面解決項(xiàng)目中的一些設(shè)計(jì)或技術(shù)問題。了解 Runtime 找都，要先了解它的核心 - 消息傳遞 （Messaging）唇辨。

Runtime其實(shí)有兩個(gè)版本: “modern” 和 “legacy”。我們現(xiàn)在用的 Objective-C 2.0 采用的是現(xiàn)行 (Modern) 版的 Runtime 系統(tǒng)能耻，只能運(yùn)行在 iOS 和 macOS 10.5 之后的 64 位程序中赏枚。而 macOS 較老的32位程序仍采用 Objective-C 1 中的（早期）Legacy 版本的 Runtime 系統(tǒng)。這兩個(gè)版本最大的區(qū)別在于當(dāng)你更改一個(gè)類的實(shí)例變量的布局時(shí)晓猛，在早期版本中你需要重新編譯它的子類饿幅，而現(xiàn)行版就不需要。

Runtime 基本是用 C 和匯編寫的戒职，可見蘋果為了動態(tài)系統(tǒng)的高效而作出的努力栗恩。你可以在這里下到蘋果維護(hù)的開源代碼。蘋果和GNU各自維護(hù)一個(gè)開源的 runtime 版本帕涌，這兩個(gè)版本之間都在努力的保持一致摄凡。

平時(shí)的業(yè)務(wù)中主要是使用官方Api，解決我們框架性的需求蚓曼。

高級編程語言想要成為可執(zhí)行文件需要先編譯為匯編語言再匯編為機(jī)器語言亲澡，機(jī)器語言也是計(jì)算機(jī)能夠識別的唯一語言，但是OC并不能直接編譯為匯編語言纫版，而是要先轉(zhuǎn)寫為純C語言再進(jìn)行編譯和匯編的操作床绪，從OC到C語言的過渡就是由runtime來實(shí)現(xiàn)的。然而我們使用OC進(jìn)行面向?qū)ο箝_發(fā)其弊，而C語言更多的是面向過程開發(fā)癞己，這就需要將面向?qū)ο蟮念愞D(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻^程的結(jié)構(gòu)體。

Runtime消息傳遞

一個(gè)對象的方法像這樣[obj foo]梭伐，編譯器轉(zhuǎn)成消息發(fā)送objc_msgSend(obj, foo)痹雅，Runtime時(shí)執(zhí)行的流程是這樣的：

• 首先，通過obj的isa指針找到它的class糊识；
• 在class的method list找foo绩社；
• 如果class中沒有找到foo，繼續(xù)往它的superclass中找赂苗；
• 一但找到foo這個(gè)函數(shù)愉耙，就去執(zhí)行它的實(shí)現(xiàn)IMP

但這種實(shí)現(xiàn)有個(gè)問題，效率低拌滋。但是一個(gè)class往往只有20%的函數(shù)會被經(jīng)常調(diào)用朴沿，可能占總調(diào)用次數(shù)的80%。每個(gè)消息都要遍歷一次objc_method_list并不合理败砂。如果把經(jīng)常被調(diào)用的函數(shù)緩存下來赌渣，那可以大大提高函數(shù)查詢的效率。這也就是objc_class中另一個(gè)重要成員objc_cache做的事情 - 再找到foo之后吠卷，把foo的method_name作為key锡垄，method_imp作為value給存起來。當(dāng)再次收到foo消息的時(shí)候祭隔，可以直接在cache里找到货岭，避免去遍歷objc_method_list。從前面的源代碼可以看到objc_cache是存在objc_class結(jié)構(gòu)體中的疾渴。

objec_msgSend的方法定義如下：

OBJC_EXPORT id objc_msgSend(id self, SEL op, ...)

那消息傳遞是怎么實(shí)現(xiàn)的呢千贯？我們看看對象(object)，類(class)搞坝，方法(method)這幾個(gè)的結(jié)構(gòu)體：

//對象
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};
//類
struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法列表
struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;
//方法
struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

1. 系統(tǒng)首先找到消息的接收對象搔谴，然后通過對象的isa找到它的類。
2. 在它的類中查找method_list桩撮，是否有selector方法敦第。
3. 沒有則查找父類的method_list峰弹。
4. 找到對應(yīng)的method，執(zhí)行它的IMP芜果。
5. 轉(zhuǎn)發(fā)IMP的return值鞠呈。

下面講講消息傳遞用到的一些概念：

• 類對象(objc_class)
• 實(shí)例(objc_object)
• 元類(Meta Class)
• Method(objc_method)
• SEL(objc_selector)
• IMP
• 類緩存(objc_cache)
• Category(objc_category)

類對象(objc_class)

Objective-C類是由Class類型來表示的，它實(shí)際上是一個(gè)指向objc_class結(jié)構(gòu)體的指針右钾。

typedef struct objc_class *Class;

查看objc/runtime.h中objc_class結(jié)構(gòu)體的定義如下：

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_class結(jié)構(gòu)體定義了很多變量蚁吝，通過命名不難發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體里保存了指向父類的指針舀射、類的名字窘茁、版本、實(shí)例大小脆烟、實(shí)例變量列表山林、方法列表、緩存浩淘、遵守的協(xié)議列表等捌朴，一個(gè)類包含的信息也不就正是這些嗎？沒錯张抄，類對象就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct objc_class砂蔽，這個(gè)結(jié)構(gòu)體存放的數(shù)據(jù)稱為元數(shù)據(jù)（motadata），該結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員變量也是isa指針署惯，這就說明了Class本身其實(shí)也是一個(gè)對象左驾，因此我們稱之為類對象，類對象在編譯期產(chǎn)生用于創(chuàng)建實(shí)例對象极谊，是單例诡右。

實(shí)例(objc_object)

/// Represents an instance of a class.
struct objc_object {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
};

/// A pointer to an instance of a class.
typedef struct objc_object *id;

類對象中的元數(shù)據(jù)存儲的都是如何創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例的相關(guān)信息，那么類對象和類方法應(yīng)該從哪里創(chuàng)建呢轻猖？
就是從isa指針指向的結(jié)構(gòu)體創(chuàng)建帆吻，類對象的isa指針指向的我們稱之為元類(metaclass)，

image

元類(Meta Class)

通過上圖我們可以看出整個(gè)體系構(gòu)成了一個(gè)自閉環(huán)咙边，struct objc_object結(jié)構(gòu)體實(shí)例它的isa指針指向類對象猜煮，類對象的isa指針指向了元類，super_class指針指向父類的類對象败许，而元類的super_class指針指向了父類的元類王带，那元類的isa指針又指向了自己。

元類(Meta Class)是一個(gè)類對象的類市殷。在上面我們提到愕撰，所有的類自身也是一個(gè)對象，我們可以向這個(gè)對象發(fā)送消息(即調(diào)用類方法)。為了調(diào)用類方法搞挣，這個(gè)類的isa指針必須指向一個(gè)包含這些類方法的一個(gè)objc_class結(jié)構(gòu)體带迟。這就引出了meta-class的概念，元類中保存了創(chuàng)建類對象以及類方法所需的所有信息囱桨。任何NSObject繼承體系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作為自己的所屬類邮旷，而基類的meta-class的isa指針是指向它自己。

Method(objc_method)

先看下定義

runtime.h
/// An opaque type that represents a method in a class definition.代表類定義中一個(gè)方法的不透明類型
typedef struct objc_method *Method;
struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;

Method和我們平時(shí)理解的函數(shù)是一致的蝇摸，就是表示能夠獨(dú)立完成一個(gè)功能的一段代碼，比如：

- (void)logName
{
    NSLog(@"name");
}

這段代碼办陷，就是一個(gè)函數(shù)貌夕。

我們來看下objc_method這個(gè)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：

• SEL method_name 方法名
• char *method_types 方法類型
• IMP method_imp 方法實(shí)現(xiàn)

在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，我們已經(jīng)看到了SEL和IMP民镜，說明SEL和IMP其實(shí)都是Method的屬性啡专。

我們接著來看SEL。

SEL(objc_selector)

先看下定義

Objc.h
/// An opaque type that represents a method selector.代表一個(gè)方法的不透明類型
typedef struct objc_selector *SEL;

objc_msgSend函數(shù)第二個(gè)參數(shù)類型為SEL制圈，它是selector在Objective-C中的表示類型（Swift中是Selector類）们童。selector是方法選擇器，可以理解為區(qū)分方法的 ID鲸鹦，而這個(gè) ID 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是SEL:

@property SEL selector;

可以看到selector是SEL的一個(gè)實(shí)例慧库。

A method selector is a C string that has been registered (or “mapped“) with the Objective-C runtime. Selectors generated by the compiler are automatically mapped by the runtime when the class is loaded.

其實(shí)selector就是個(gè)映射到方法的C字符串，你可以用 Objective-C 編譯器命令@selector()或者 Runtime 系統(tǒng)的sel_registerName函數(shù)來獲得一個(gè) SEL 類型的方法選擇器馋嗜。

selector既然是一個(gè)string齐板，我覺得應(yīng)該是類似className+method的組合，命名規(guī)則有兩條：

• 同一個(gè)類葛菇，selector不能重復(fù)
• 不同的類甘磨，selector可以重復(fù)

這也帶來了一個(gè)弊端，我們在寫C代碼的時(shí)候眯停，經(jīng)常會用到函數(shù)重載济舆，就是函數(shù)名相同，參數(shù)不同莺债，但是這在Objective-C中是行不通的滋觉，因?yàn)?code>selector只記了method的name，沒有參數(shù)九府，所以沒法區(qū)分不同的method椎瘟。

比如：

- (void)caculate(NSInteger)num;
- (void)caculate(CGFloat)num;

是會報(bào)錯的。

我們只能通過命名來區(qū)別：

- (void)caculateWithInt(NSInteger)num;
- (void)caculateWithFloat(CGFloat)num;

在不同類中相同名字的方法所對應(yīng)的方法選擇器是相同的侄旬，即使方法名字相同而變量類型不同也會導(dǎo)致它們具有相同的方法選擇器肺蔚。

IMP

看下IMP的定義

/// A pointer to the function of a method implementation.  指向一個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的指針
typedef id (*IMP)(id, SEL, ...); 
#endif

就是指向最終實(shí)現(xiàn)程序的內(nèi)存地址的指針。

在iOS的Runtime中儡羔，Method通過selector和IMP兩個(gè)屬性宣羊，實(shí)現(xiàn)了快速查詢方法及實(shí)現(xiàn)璧诵，相對提高了性能，又保持了靈活性仇冯。

類緩存(objc_cache)

當(dāng)Objective-C運(yùn)行時(shí)通過跟蹤它的isa指針檢查對象時(shí)之宿，它可以找到一個(gè)實(shí)現(xiàn)許多方法的對象。然而苛坚，你可能只調(diào)用它們的一小部分比被，并且每次查找時(shí)，搜索所有選擇器的類分派表沒有意義泼舱。所以類實(shí)現(xiàn)一個(gè)緩存等缀，每當(dāng)你搜索一個(gè)類分派表，并找到相應(yīng)的選擇器娇昙，它把它放入它的緩存尺迂。所以當(dāng)objc_msgSend查找一個(gè)類的選擇器，它首先搜索類緩存冒掌。這是基于這樣的理論：如果你在類上調(diào)用一個(gè)消息噪裕，你可能以后再次調(diào)用該消息。
為了加速消息分發(fā)股毫， 系統(tǒng)會對方法和對應(yīng)的地址進(jìn)行緩存膳音，就放在上述的objc_cache，所以在實(shí)際運(yùn)行中铃诬，大部分常用的方法都是會被緩存起來的严蓖，Runtime系統(tǒng)實(shí)際上非常快氧急，接近直接執(zhí)行內(nèi)存地址的程序速度颗胡。

Category(objc_category)

Category是表示一個(gè)指向分類的結(jié)構(gòu)體的指針，其定義如下：

struct category_t { 
    const char *name; 
    classref_t cls; 
    struct method_list_t *instanceMethods; 
    struct method_list_t *classMethods;
    struct protocol_list_t *protocols;
    struct property_list_t *instanceProperties;
};

name：是指 class_name 而不是 category_name吩坝。
cls：要擴(kuò)展的類對象毒姨，編譯期間是不會定義的，而是在Runtime階段通過name對 應(yīng)到對應(yīng)的類對象钉寝。
instanceMethods：category中所有給類添加的實(shí)例方法的列表弧呐。
classMethods：category中所有添加的類方法的列表。
protocols：category實(shí)現(xiàn)的所有協(xié)議的列表嵌纲。
instanceProperties：表示Category里所有的properties俘枫，這就是我們可以通過objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject增加實(shí)例變量的原因，不過這個(gè)和一般的實(shí)例變量是不一樣的逮走。

從上面的category_t的結(jié)構(gòu)體中可以看出鸠蚪，分類中可以添加實(shí)例方法，類方法，甚至可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議茅信，添加屬性盾舌，不可以添加成員變量。

Runtime消息轉(zhuǎn)發(fā)

前文介紹了進(jìn)行一次發(fā)送消息會在相關(guān)的類對象中搜索方法列表蘸鲸，如果找不到則會沿著繼承樹向上一直搜索知道繼承樹根部（通常為NSObject）妖谴，如果還是找不到并且消息轉(zhuǎn)發(fā)都失敗了就回執(zhí)行doesNotRecognizeSelector:方法報(bào)unrecognized selector錯。那么消息轉(zhuǎn)發(fā)到底是什么呢酌摇？接下來將會逐一介紹最后的三次機(jī)會膝舅。

• 動態(tài)方法解析
• 備用接收者
• 完整消息轉(zhuǎn)發(fā)

image

動態(tài)方法解析

首先，Objective-C運(yùn)行時(shí)會調(diào)用 +resolveInstanceMethod:或者 +resolveClassMethod:窑多，讓你有機(jī)會提供一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)铸史。如果你添加了函數(shù)并返回YES， 那運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)就會重新啟動一次消息發(fā)送的過程怯伊。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)動態(tài)方法解析的例子如下：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //執(zhí)行foo函數(shù)
    [self performSelector:@selector(foo:)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(foo:)) {//如果是執(zhí)行foo函數(shù)，就動態(tài)解析判沟，指定新的IMP
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)fooMethod, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

void fooMethod(id obj, SEL _cmd) {
    NSLog(@"Doing foo");//新的foo函數(shù)
}

打印結(jié)果： 2018-04-01 12:23:35.952670+0800 ocram[87546:23235469] Doing foo

可以看到雖然沒有實(shí)現(xiàn)foo:這個(gè)函數(shù)耿芹，但是我們通過class_addMethod動態(tài)添加fooMethod函數(shù)，并執(zhí)行fooMethod這個(gè)函數(shù)的IMP挪哄。從打印結(jié)果看吧秕，成功實(shí)現(xiàn)了。
如果resolve方法返回 NO 迹炼，運(yùn)行時(shí)就會移到下一步：forwardingTargetForSelector砸彬。

備用接收者

如果目標(biāo)對象實(shí)現(xiàn)了-forwardingTargetForSelector:，Runtime 這時(shí)就會調(diào)用這個(gè)方法斯入，給你把這個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象的機(jī)會砂碉。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)備用接收者的例子如下：

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface Person: NSObject

@end

@implementation Person

- (void)foo {
    NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //執(zhí)行foo函數(shù)
    [self performSelector:@selector(foo)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;//返回YES，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(foo)) {
        return [Person new];//返回Person對象刻两，讓Person對象接收這個(gè)消息
    }
    
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

@end

打印結(jié)果： 2018-04-01 12:45:04.757929+0800 ocram[88023:23260346] Doing foo

可以看到我們通過forwardingTargetForSelector把當(dāng)前ViewController的方法轉(zhuǎn)發(fā)給了Person去執(zhí)行了增蹭。打印結(jié)果也證明我們成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)。

完整消息轉(zhuǎn)發(fā)

如果在上一步還不能處理未知消息磅摹，則唯一能做的就是啟用完整的消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制了滋迈。
首先它會發(fā)送-methodSignatureForSelector:消息獲得函數(shù)的參數(shù)和返回值類型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil 户誓，Runtime則會發(fā)出 -doesNotRecognizeSelector:消息饼灿，程序這時(shí)也就掛掉了。如果返回了一個(gè)函數(shù)簽名帝美，Runtime就會創(chuàng)建一個(gè)NSInvocation 對象并發(fā)送 -forwardInvocation:消息給目標(biāo)對象碍彭。

實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整轉(zhuǎn)發(fā)的例子如下：

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface Person: NSObject

@end

@implementation Person

- (void)foo {
    NSLog(@"Doing foo");//Person的foo函數(shù)
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //執(zhí)行foo函數(shù)
    [self performSelector:@selector(foo)];
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    return YES;//返回YES，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)
}

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    return nil;//返回nil，進(jìn)入下一步轉(zhuǎn)發(fā)
}

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if ([NSStringFromSelector(aSelector) isEqualToString:@"foo"]) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];//簽名硕旗，進(jìn)入forwardInvocation
    }
    
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL sel = anInvocation.selector;

    Person *p = [Person new];
    if([p respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:p];
    }
    else {
        [self doesNotRecognizeSelector:sel];
    }

}

@end

打印結(jié)果： 2018-04-01 13:00:45.423385+0800 ocram[88353:23279961] Doing foo

從打印結(jié)果來看窗骑，我們實(shí)現(xiàn)了完整的轉(zhuǎn)發(fā)。通過簽名漆枚，Runtime生成了一個(gè)對象anInvocation创译，發(fā)送給了forwardInvocation，我們在forwardInvocation方法里面讓Person對象去執(zhí)行了foo函數(shù)墙基。簽名參數(shù)v@:怎么解釋呢软族，這里蘋果文檔Type Encodings有詳細(xì)的解釋。

以上就是Runtime的三次轉(zhuǎn)發(fā)流程残制。下面我們講講Runtime的實(shí)際應(yīng)用立砸。

Runtime應(yīng)用

Runtime簡直就是做大型框架的利器。它的應(yīng)用場景非常多初茶，下面就介紹一些常見的應(yīng)用場景颗祝。

• 關(guān)聯(lián)對象(Objective-C Associated Objects)給分類增加屬性
• 方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實(shí)現(xiàn)
• 消息轉(zhuǎn)發(fā)(熱更新)解決Bug(JSPatch)
• 實(shí)現(xiàn)NSCoding的自動歸檔和自動解檔
• 實(shí)現(xiàn)字典和模型的自動轉(zhuǎn)換(MJExtension)

關(guān)聯(lián)對象(Objective-C Associated Objects)給分類增加屬性

我們都是知道分類是不能自定義屬性和變量的。下面通過關(guān)聯(lián)對象實(shí)現(xiàn)給分類添加屬性恼布。

關(guān)聯(lián)對象Runtime提供了下面幾個(gè)接口：

//關(guān)聯(lián)對象
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy)
//獲取關(guān)聯(lián)的對象
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key)
//移除關(guān)聯(lián)的對象
void objc_removeAssociatedObjects(id object)

參數(shù)解釋

id object：被關(guān)聯(lián)的對象
const void *key：關(guān)聯(lián)的key螺戳，要求唯一
id value：關(guān)聯(lián)的對象
objc_AssociationPolicy policy：內(nèi)存管理的策略

內(nèi)存管理的策略

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object. 
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied. 
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                            *   The association is made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied.
                                            *   The association is made atomically. */
};

下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)UIView的Category添加自定義屬性defaultColor。

#import "ViewController.h"
#import "objc/runtime.h"

@interface UIView (DefaultColor)

@property (nonatomic, strong) UIColor *defaultColor;

@end

@implementation UIView (DefaultColor)

@dynamic defaultColor;

static char kDefaultColorKey;

- (void)setDefaultColor:(UIColor *)defaultColor {
    objc_setAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey, defaultColor, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

- (id)defaultColor {
    return objc_getAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey);
}

@end

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    UIView *test = [UIView new];
    test.defaultColor = [UIColor blackColor];
    NSLog(@"%@", test.defaultColor);
}

@end

打印結(jié)果： 2018-04-01 15:41:44.977732+0800 ocram[2053:63739] UIExtendedGrayColorSpace 0 1

打印結(jié)果來看折汞，我們成功在分類上添加了一個(gè)屬性倔幼，實(shí)現(xiàn)了它的setter和getter方法。 通過關(guān)聯(lián)對象實(shí)現(xiàn)的屬性的內(nèi)存管理也是有ARC管理的爽待，所以我們只需要給定適當(dāng)?shù)膬?nèi)存策略就行了损同，不需要操心對象的釋放。

我們看看內(nèi)存測量對于的屬性修飾鸟款。

方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替換和KVO實(shí)現(xiàn)

方法添加

實(shí)際上添加方法剛才在講消息轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候幕袱，動態(tài)方法解析的時(shí)候就提到了。

//class_addMethod(Class  _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL  _Nonnull name, IMP  _Nonnull imp, const char * _Nullable types)
class_addMethod([self class], sel, (IMP)fooMethod, "v@:");

• cls 被添加方法的類
• name 添加的方法的名稱的SEL
• imp 方法的實(shí)現(xiàn)悠瞬。該函數(shù)必須至少要有兩個(gè)參數(shù)们豌，self,_cmd
• 類型編碼

方法替換

下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)替換ViewController的viewDidLoad方法的例子涯捻。

@implementation ViewController

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class class = [self class];
        SEL originalSelector = @selector(viewDidLoad);
        SEL swizzledSelector = @selector(jkviewDidLoad);
        
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class,originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class,swizzledSelector);
        
        //judge the method named  swizzledMethod is already existed.
        BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        // if swizzledMethod is already existed.
        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod));
        }
        else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

- (void)jkviewDidLoad {
    NSLog(@"替換的方法");
    
    [self jkviewDidLoad];
}

- (void)viewDidLoad {
    NSLog(@"自帶的方法");
    
    [super viewDidLoad];
}

@end

swizzling應(yīng)該只在+load中完成。 在 Objective-C 的運(yùn)行時(shí)中望迎，每個(gè)類有兩個(gè)方法都會自動調(diào)用障癌。+load 是在一個(gè)類被初始裝載時(shí)調(diào)用，+initialize 是在應(yīng)用第一次調(diào)用該類的類方法或?qū)嵗椒ㄇ罢{(diào)用的辩尊。兩個(gè)方法都是可選的涛浙，并且只有在方法被實(shí)現(xiàn)的情況下才會被調(diào)用。

swizzling應(yīng)該只在dispatch_once 中完成,由于swizzling 改變了全局的狀態(tài)摄欲，所以我們需要確保每個(gè)預(yù)防措施在運(yùn)行時(shí)都是可用的轿亮。原子操作就是這樣一個(gè)用于確保代碼只會被執(zhí)行一次的預(yù)防措施，就算是在不同的線程中也能確保代碼只執(zhí)行一次胸墙。Grand Central Dispatch 的 dispatch_once滿足了所需要的需求我注，并且應(yīng)該被當(dāng)做使用swizzling 的初始化單例方法的標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)現(xiàn)圖解如下圖迟隅。

image

從圖中可以看出但骨，我們通過swizzling特性，將selectorC的方法實(shí)現(xiàn)IMPc與selectorN的方法實(shí)現(xiàn)IMPn交換了智袭，當(dāng)我們調(diào)用selectorC奔缠，也就是給對象發(fā)送selectorC消息時(shí)，所查找到的對應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)就是IMPn而不是IMPc了补履。

KVO實(shí)現(xiàn)

全稱是Key-value observing，翻譯成鍵值觀察剿另。提供了一種當(dāng)其它對象屬性被修改的時(shí)候能通知當(dāng)前對象的機(jī)制箫锤。再M(fèi)VC大行其道的Cocoa中，KVO機(jī)制很適合實(shí)現(xiàn)model和controller類之間的通訊雨女。

KVO的實(shí)現(xiàn)依賴于 Objective-C 強(qiáng)大的 Runtime谚攒，當(dāng)觀察某對象 A 時(shí)，KVO 機(jī)制動態(tài)創(chuàng)建一個(gè)對象A當(dāng)前類的子類氛堕，并為這個(gè)新的子類重寫了被觀察屬性 keyPath 的 setter 方法馏臭。setter 方法隨后負(fù)責(zé)通知觀察對象屬性的改變狀況。

Apple 使用了 isa-swizzling 來實(shí)現(xiàn) KVO 讼稚。當(dāng)觀察對象A時(shí)括儒，KVO機(jī)制動態(tài)創(chuàng)建一個(gè)新的名為：NSKVONotifying_A的新類，該類繼承自對象A的本類锐想，且 KVO 為 NSKVONotifying_A 重寫觀察屬性的 setter 方法帮寻，setter 方法會負(fù)責(zé)在調(diào)用原 setter 方法之前和之后，通知所有觀察對象屬性值的更改情況赠摇。

• NSKVONotifying_A 類剖析

NSLog(@"self->isa:%@",self->isa);  
NSLog(@"self class:%@",[self class]);  

在建立KVO監(jiān)聽前固逗，打印結(jié)果為：

self->isa:A
self class:A

在建立KVO監(jiān)聽之后浅蚪，打印結(jié)果為：

self->isa:NSKVONotifying_A
self class:A

在這個(gè)過程，被觀察對象的 isa 指針從指向原來的 A 類烫罩，被KVO 機(jī)制修改為指向系統(tǒng)新創(chuàng)建的子類NSKVONotifying_A 類惜傲，來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前類屬性值改變的監(jiān)聽；
所以當(dāng)我們從應(yīng)用層面上看來贝攒，完全沒有意識到有新的類出現(xiàn)盗誊，這是系統(tǒng)“隱瞞”了對 KVO 的底層實(shí)現(xiàn)過程，讓我們誤以為還是原來的類饿这。但是此時(shí)如果我們創(chuàng)建一個(gè)新的名為“NSKVONotifying_A”的類浊伙，就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行到注冊 KVO 的那段代碼時(shí)程序就崩潰，因?yàn)橄到y(tǒng)在注冊監(jiān)聽的時(shí)候動態(tài)創(chuàng)建了名為 NSKVONotifying_A 的中間類长捧，并指向這個(gè)中間類了嚣鄙。

• 子類setter方法剖析

KVO 的鍵值觀察通知依賴于 NSObject 的兩個(gè)方法:willChangeValueForKey:和 didChangeValueForKey: ，在存取數(shù)值的前后分別調(diào)用 2 個(gè)方法：
被觀察屬性發(fā)生改變之前串结，willChangeValueForKey:被調(diào)用哑子，通知系統(tǒng)該 keyPath 的屬性值即將變更；
當(dāng)改變發(fā)生后肌割， didChangeValueForKey: 被調(diào)用卧蜓，通知系統(tǒng)該keyPath 的屬性值已經(jīng)變更；之后把敞， observeValueForKey:ofObject:change:context:也會被調(diào)用弥奸。且重寫觀察屬性的setter 方法這種繼承方式的注入是在運(yùn)行時(shí)而不是編譯時(shí)實(shí)現(xiàn)的。

KVO 為子類的觀察者屬性重寫調(diào)用存取方法的工作原理在代碼中相當(dāng)于：

- (void)setName:(NSString *)newName { 
      [self willChangeValueForKey:@"name"];    //KVO 在調(diào)用存取方法之前總調(diào)用 
      [super setValue:newName forKey:@"name"]; //調(diào)用父類的存取方法 
      [self didChangeValueForKey:@"name"];     //KVO 在調(diào)用存取方法之后總調(diào)用
}

消息轉(zhuǎn)發(fā)(熱更新)解決Bug(JSPatch)

JSPatch 是一個(gè) iOS 動態(tài)更新框架奋早，只需在項(xiàng)目中引入極小的引擎盛霎，就可以使用 JavaScript 調(diào)用任何 Objective-C 原生接口，獲得腳本語言的優(yōu)勢：為項(xiàng)目動態(tài)添加模塊耽装，或替換項(xiàng)目原生代碼動態(tài)修復(fù) bug愤炸。

關(guān)于消息轉(zhuǎn)發(fā)，前面已經(jīng)講到過了掉奄，消息轉(zhuǎn)發(fā)分為三級规个，我們可以在每級實(shí)現(xiàn)替換功能，實(shí)現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)姓建，從而不會造成崩潰诞仓。JSPatch不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)，還可以實(shí)現(xiàn)方法添加速兔、替換能一系列功能狂芋。

實(shí)現(xiàn)NSCoding的自動歸檔和自動解檔

原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性，并對屬性進(jìn)行encode和decode操作憨栽。 核心方法：在Model的基類中重寫方法：

//encode
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
    unsigned int outCount;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; i++) {
        Ivar ivar = ivars[I];
        NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
        [aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key];
    }

    free(ivars);//釋放ivars
}

//decode
- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
    self = [super init];
    if (self) {

        unsigned int outCount;
        Ivar *ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i++) {
            Ivar ivar = ivars[I];
            NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];
            //解檔
            id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];
            //設(shè)置
            [self setValue:value forKey:key];
        }
        free(ivars);//釋放ivars
    }
    return self;
}

實(shí)現(xiàn)字典和模型的自動轉(zhuǎn)換(MJExtension)

原理描述：用runtime提供的函數(shù)遍歷Model自身所有屬性帜矾，如果屬性在json中有對應(yīng)的值翼虫，則將其賦值。 核心方法：在NSObject的分類中添加方法

- (instancetype)initWithDict:(NSDictionary *)dict {

    if (self = [self init]) {
        //(1)獲取類的屬性及屬性對應(yīng)的類型
        NSMutableArray * keys = [NSMutableArray array];
        NSMutableArray * attributes = [NSMutableArray array];
        /*
         * 例子
         * name = value3 attribute = T@"NSString",C,N,V_value3
         * name = value4 attribute = T^i,N,V_value4
         */
        unsigned int outCount;
        objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([self class], &outCount);
        for (int i = 0; i < outCount; i ++) {
            objc_property_t property = properties[I];
            //通過property_getName函數(shù)獲得屬性的名字
            NSString * propertyName = [NSString stringWithCString:property_getName(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
            [keys addObject:propertyName];
            //通過property_getAttributes函數(shù)可以獲得屬性的名字和@encode編碼
            NSString * propertyAttribute = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding];
            [attributes addObject:propertyAttribute];
        }
        //立即釋放properties指向的內(nèi)存
        free(properties);

        //(2)根據(jù)類型給屬性賦值
        for (NSString * key in keys) {
            if ([dict valueForKey:key] == nil) continue;
            [self setValue:[dict valueForKey:key] forKey:key];
        }
    }
    return self;

}

以上就是Runtime應(yīng)用的一些場景屡萤，本文到此結(jié)束了珍剑。