Runtime — 消息转发

前言

如果在动态解析阶段不做任何处理的话，我们调用一个未实现的方法会crash，下面来分析一下，crash之前系统还做了什么？

一、探索消息转发

1. instrumentObjcMessageSends打开log开关

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "DZStudent.h"

extern void instrumentObjcMessageSends(BOOL flag);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        DZStudent *student = [DZStudent alloc] ;
        instrumentObjcMessageSends(true);
        [student saySomething];
        instrumentObjcMessageSends(false);

    }
    return 0;
}

extern void instrumentObjcMessageSends(BOOL flag)：是苹果的私有API，我们可以控制log开关，打印日志信息。

日志文件位置：/tmp/msgSend-xxx

日志文件位置

2. 查看日志文件

我们可以发现，方法在调用报失败doesNotRecognizeSelector之前的调用顺序：resolveInstanceMethod -> forwardingTargetForSelector -> methodSignatureForSelector -> doesNotRecognizeSelector。

resolveInstanceMethod是动态方法决议，我们上一文已经做了分析，本文只针对后边的方法进行源码分析。

二、快速转发

1. forwardingTargetForSelector分析

我们全局搜索后，发现这个方法是NSObject中实现的方法，只做了返回nil的操作：

+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel {
    return nil;
}

我们可以结合方法介绍或者官方文档来进行分析：

2. 方法说明(看discussion)：

1. 该方法的目的就是不能处理方法的时候，交给另外一个对象来执行，但是不能返回self，否则会一直找不到陷入死循环。
2. 该方法效率很高，如果不实现或者返回nil，会走到相对效率低的forwardInvocation: 方法进行处理。
3. 所以我们称forwardingTargetForSelector为快速转发，forwardInvocation为慢速转发。
4. 被转发的消息接收者，参数和返回值等需要和原方法相同。

3. 方法使用

当访问DZStudent未实现的saySomething方法时，可以使用- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector进行方法转发，用DZTeacher这个实现saySomething方法的对象来接收，具体实现代码如下：

main.m

DZStudent *student = [DZStudent alloc];
instrumentObjcMessageSends(true);
[student saySomething];
instrumentObjcMessageSends(false);

DZStudent.m

// 消息转发流程
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s",__func__);
    if (aSelector == @selector(saySomething)) {
        return [DZTeacher alloc];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

DZTeacher.m

@implementation DZTeacher
- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

打印结果

// 失败打印
2020-06-17 15:58:28.646428+0800 008-方法查找-消息转发[17172:5671635] -[DZStudent saySomething]: unrecognized selector sent to instance 0x101805980
2020-06-17 15:58:28.658327+0800 008-方法查找-消息转发[17172:5671635] *** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[DZStudent saySomething]: unrecognized selector sent to instance 0x101805980'

// 成功打印
2020-06-17 14:58:14.506074+0800 008-方法查找-消息转发[10077:5556271] -[DZStudent forwardingTargetForSelector:] -- saySomething
2020-06-17 14:58:14.507704+0800 008-方法查找-消息转发[10077:5556271] -[DZTeacher saySomething]

通俗点讲，这个方法的作用就是，自己的活自己干不了，就交给能干活的人去干。

三、慢速转发

当快速转发流程也没有实现，或者返回nil，就进入慢速转发流程。

1. methodSignatureForSelector

同样在源码中全局搜索之后，我们发现这个方法也是NSObject中实现的方法：

// Replaced by CF (returns an NSMethodSignature)
+ (NSMethodSignature *)instanceMethodSignatureForSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("+[NSObject instanceMethodSignatureForSelector:] "
                "not available without CoreFoundation");
}

// Replaced by CF (returns an NSMethodSignature)
+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("+[NSObject methodSignatureForSelector:] "
                "not available without CoreFoundation");
}

// Replaced by CF (returns an NSMethodSignature)
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("-[NSObject methodSignatureForSelector:] "
                "not available without CoreFoundation");
}

官方文档：

方法说明：

该方法用于协议的实现，如果有对象未能直接实现的消息，则重写此方法返回适当的方法签名。然后将签名对象作为参数传给forwardInvocation方法，在forwardInvocation里边将消息给能处理该消息的对象，避免最后调用didNotRecognizeSelector方法导致崩溃。

下来我们继续了解 forwardInvocation 方法：

2. forwardInvocation

同样是在源码中全局搜索之后，我们发现这个方法也是NSObject中实现的：

+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    [self doesNotRecognizeSelector:(invocation ? [invocation selector] : 0)];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    [self doesNotRecognizeSelector:(invocation ? [invocation selector] : 0)];
}

官方文档：

forwardInvocation和methodSignatureForSelector必须是同时重写。并且该方法可以自由指派多个对象接受该消息。

3. doesNotRecognizeSelector

// Replaced by CF (throws an NSException)
+ (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("+[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p", 
                class_getName(self), sel_getName(sel), self);
}

// Replaced by CF (throws an NSException)
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("-[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p", 
                object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}

我们可以发现，最终是doesNotRecognizeSelector方法抛出的异常，所以我们可以重写forwardInvocation方法，这样不执行父类的方法，程序就不会崩溃了。

4. 方法使用

在forwardInvocation方法中，我们可以把这个方法看成是一个未知方法收集箱，在这里可以随意选择你可以处理的方法，进行归类集中处理。

main.m

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "DZStudent.h"

extern void instrumentObjcMessageSends(BOOL flag);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        DZStudent *student = [DZStudent alloc];
        instrumentObjcMessageSends(true);
        [student saySomething];
        instrumentObjcMessageSends(false);
    }
    return 0;
}

DZTeacher.m

@implementation DZTeacher

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

DZStudent.m
备注：关于方法签名串"v@:"可以参考官方文档：方法签名Type Encodings

// 返回一个方法签名
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s -- %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    if (aSelector == @selector(saySomething)) { // v @ :
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    NSLog(@"%s ",__func__);

   SEL aSelector = [anInvocation selector];
   if ([[DZTeacher alloc] respondsToSelector:aSelector])
       [anInvocation invokeWithTarget:[DZTeacher alloc]];
   else
       [super forwardInvocation:anInvocation];
}

// 打印
2020-06-17 17:17:08.148187+0800 008-方法查找-消息转发[24033:5801203] -[DZStudent methodSignatureForSelector:] -- saySomething
2020-06-17 17:17:08.149424+0800 008-方法查找-消息转发[24033:5801203] -[DZStudent forwardInvocation:]

当然此处转发方法也可以什么都不做处理，也仅仅是转发不出去而已，并不会崩溃。

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    NSLog(@"%s ",__func__);
}
// 打印
2020-06-17 18:24:21.692113+0800 008-方法查找-消息转发[32243:5925309] -[DZStudent methodSignatureForSelector:] -- saySomething
2020-06-17 18:24:21.699464+0800 008-方法查找-消息转发[32243:5925309] -[DZStudent forwardInvocation:]

四、总结

1. 当动态方法决议也没有做处理时，就会进入快速转发(forwardingTargetForSelector)阶段。
2. 如果快速转发也没有做处理，会继续到慢速转发(forwardInvocation)阶段。
3. 即使forwardInvocation中不实现后续方法也不会崩溃。
4. forwardInvocation和forwardingTargetForSelector类似，都可以将A类的方法转发的B类的实现中去，但是forwardInvocation的优点是更加灵活，forwardingTargetForSelector只能转发发到固定的一个对象。而forwardInvocation可以转发的多个对象中去，甚至不做处理，也仅仅是转发不出去而已，并不会崩溃。

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消息的流转及对应的作用如下所示：

流转：消息发送 -> 消息查找 -> 动态方法决议 -> 快速转发 -> 慢速转发
作用：像某个对象或类发送消息 -> 自己有没有处理 -> 自己有没有特殊处理(动态方法决议) -> 指定的人有没有处理 -> 爱谁处理谁处理