[iOS] 底层原理二 (Runtime、Runloop)

底层原理一:(OC本质、KVC、KVO、Categroy、Block)
底层原理二:(Runtime、Runloop)
底层原理三:(内存管理、多线程)
底层原理四:(性能优化、架构)
底层原理五:(面试题目整理)

十二.Runtime

12.1 runtime介绍

Objective-C是一门动态性比较强的编程语言，跟C、C++等语言有着很大的不同
Objective-C的动态性是由Runtime API来支撑的
Runtime API提供的接口基本都是C语言的，源码由C\C++\汇编语言编写

12.2 isa 详解

在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址
从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息

image.png

12.3 isa详解 – 位域

image.png

12.4 &(按位与符号介绍)

& 都是1才是1, 一个1,就是0
0000&0010  可以取出某一个特定位数值

掩码: 用来按位与(&)运算的  
1<<0  左移0位 则为0b 0000 0001
1<<1  左移1位 则为0b 0000 0010
1<<2  左移2位 则为0b 0000 0400
1左移几位 

12.5 |(按位或)

| 有1才是1, 一个1,就是1,2个0就是0
0000 | 0010 结果就是 0010

12.6 ~(按位取反)

~  0000 1010 取反位1111 0101

12.7 位域

struct{
    char tall : 1; //表示只占一位 
    char rich : 1;
    char handsome: 1
} test   // 0b0000 0111

12.8 共用体

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

}

12.9 Class的结构

image.png

12.10 class_rw_t

image.png

12.11 class_ro_t

image.png

12.12 method_t

image.png

12.13 方法缓存

Class内部结构中有个方法缓存（cache_t），用散列表（哈希表）来缓存曾经调用过的方法，可以提高方法的查找速度

image.png

缓存查找
objc-cache.mm
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)

12.14 runtime objc_msgSend() 消息机制

objc_msgSend(对象,sel_registerName(方法名字字符串))
//  消息接收者(receiver)
//  消息名称
    
//  OC的方法调用: 消息机制,给方法调用者发送消息
    
内部执行分3大阶段
1. 消息发送
2. 动态方法解析
3. 消息转发

12.15 消息发送 过程

1.通过方法名字去 类对象 方法缓存中查找,如果有则返回方法地址
2.如果没有缓存,则会遍历 方法列表查找
3.查到了方法返回,并添加到 缓存列表
4.如果没找到则会去父类缓存中查找,在去父类方法列表中查找,一层一层父类往上找

objc_msgSend执行流程01-消息发送

image.png

12.16 动态方法解析

1.如果 消息发送 未找到方法,则会进行动态方法解析
2.如果是 对象方法调用会 调用_class_resoveInstanceMethod()
如果是 类方法调用 调用 _class_resoveClassMethod()
3.+(BOOL)ResoveInstanceMethod:(SEL) sel{
  // 获取其他方法
  Method method = class_getInstanceMethod(self,@selector(test));
     
  //动态添加方法
  class_addMethod(self,
                  @selecetor(test),
                  method_getImplementation(method),
                  method_getTypeEndcoing(method));
                  
   return YES;
  
}
类方法同理

image.png

动态添加方法

image.png

12.17 消息转发

// 消息转发-
-(id)forwardTargetForSelector:(SEL) aSelector{
    //  判断方法名字
    if(aSelector == @selector(test)){
        //转发给哪个对象解决
        return [NSPerson alloc]init];
    }
}
    
// 消息转发- 方法签名,返回值类型,参数类型

- (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];
    }
}

image.png

12.18 [self class] & [super class]

[super message] 消息接受者还是子类,方法寻找是从父类查找的
super调用，底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用，接收2个参数
struct objc_super2
SEL

image.png

receiver是消息接收者
current_class是receiver的Class对象

12.19 Runtime的应用01 – 查看私有成员变量

image.png

12.20 Runtime的应用02 – 字典转模型

利用Runtime遍历所有的属性或者成员变量
利用KVC设值

12.21 runtime 方法交换

class_replaceMethod
method_exchangeImplementations

image.png image.png image.png

12.22.常用 api

12.22.1Runtime API01 – 类

动态创建一个类（参数：父类，类名，额外的内存空间）
Class objc_allocateClassPair(Class superclass, const char *name, size_t extraBytes)

注册一个类（要在类注册之前添加成员变量）
void objc_registerClassPair(Class cls) 

销毁一个类
void objc_disposeClassPair(Class cls)

获取isa指向的Class
Class object_getClass(id obj)

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

判断一个OC对象是否为Class
BOOL object_isClass(id obj)

判断一个Class是否为元类
BOOL class_isMetaClass(Class cls)

获取父类
Class class_getSuperclass(Class cls)

12.22.2Runtime API02 – 成员变量

获取一个实例变量信息
Ivar class_getInstanceVariable(Class cls, const char *name)

拷贝实例变量列表（最后需要调用free释放）
Ivar *class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)

设置和获取成员变量的值
void object_setIvar(id obj, Ivar ivar, id value)
id object_getIvar(id obj, Ivar ivar)

动态添加成员变量（已经注册的类是不能动态添加成员变量的）
BOOL class_addIvar(Class cls, const char * name, size_t size, uint8_t alignment, const char * types)

获取成员变量的相关信息
const char *ivar_getName(Ivar v)
const char *ivar_getTypeEncoding(Ivar v)

12.22.3Runtime API03 – 属性

获取一个属性
objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)

拷贝属性列表（最后需要调用free释放）
objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)

动态添加属性
BOOL class_addProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                  unsigned int attributeCount)

动态替换属性
void class_replaceProperty(Class cls, const char *name, const objc_property_attribute_t *attributes,
                      unsigned int attributeCount)

获取属性的一些信息
const char *property_getName(objc_property_t property)
const char *property_getAttributes(objc_property_t property)

12.22.4Runtime API04 – 方法

获得一个实例方法、类方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls, SEL name)
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL name)

方法实现相关操作
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL name) 
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp)
void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2) 

拷贝方法列表（最后需要调用free释放）
Method *class_copyMethodList(Class cls, unsigned int *outCount)

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

动态替换方法
IMP class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)

获取方法的相关信息（带有copy的需要调用free去释放）
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)

选择器相关
const char *sel_getName(SEL sel)
SEL sel_registerName(const char *str)

用block作为方法实现
IMP imp_implementationWithBlock(id block)
id imp_getBlock(IMP anImp)
BOOL imp_removeBlock(IMP anImp)

十三.runloop

13.1 runloop 简介

运行循环-在程序运行中循环做一些事情

image.png

应用范畴
定时器（Timer）、PerformSelector
GCD Async Main Queue
事件响应、手势识别、界面刷新
网络请求
AutoreleasePool

13.2 runloop 基本作用

RunLoop的基本作用
保持程序的持续运行
处理App中的各种事件（比如触摸事件、定时器事件等）
节省CPU资源，提高程序性能：该做事时做事，该休息时休息
......

13.3 Runloop 对象

iOS中有2套API来访问和使用RunLoop
Foundation：NSRunLoop

Core Foundation：CFRunLoopRef

NSRunLoop和CFRunLoopRef都代表着RunLoop对象
NSRunLoop是基于CFRunLoopRef的一层OC包装
CFRunLoopRef是开源的
https://opensource.apple.com/tarballs/CF/

image.png

13.4 runloop 和线程关系

每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象

RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value

线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建

RunLoop会在线程结束时销毁

主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop

13.5 获取RunLoop对象

Foundation
[NSRunLoop currentRunLoop]; // 获得当前线程的RunLoop对象
[NSRunLoop mainRunLoop]; // 获得主线程的RunLoop对象

Core Foundation
CFRunLoopGetCurrent(); // 获得当前线程的RunLoop对象
CFRunLoopGetMain(); // 获得主线程的RunLoop对象

13.6 runloop 相关类

image.png

13.7 CFRunloopModeRef 模式

CFRunLoopModeRef代表RunLoop的运行模式

一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer

RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode

如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入
- 不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响

如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

常见的2种Mode
kCFRunLoopDefaultMode（NSDefaultRunLoopMode）：App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行

UITrackingRunLoopMode：界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响

image.png

添加Observer监听RunLoop的所有状态

image.png

13.8 运行逻辑

image.png image.png image.png

13.9 RunLoop在实际开中的应用

控制线程生命周期（线程保活）

解决NSTimer在滑动时停止工作的问题

监控应用卡顿

性能优化

13.10 线程保活(常驻线程)

runloop 如果没有任何 source/source0 timer/observer 就会退出