Aspects解决的问题
Aspects是AOP（面向切面编程）思想在iOS下OC的实现。Aspects可以用于hook函数，让函数执行一些副操作。为嵌入不同函数中的功能相同的操作，每类功能相同的操作可以抽取出一个切面。
- OOP针对业务处理过程的实体及其属性和行为进行抽象封装，以获得更加清晰高效的逻辑单元划分。
- AOP则是针对业务处理过程中的切面进行提取，它所面对的是处理过程中的某个步骤或阶段，以获得逻辑过程中各部分之间低耦合性的隔离效果。
基本原理
OC上，每个类都是这样一个结构体：
struct objc_class {
struct objc_class * isa;
const char *name;
….
struct objc_method_list **methodLists; /*方法链表*/
};
其中 methodList 方法链表里存储的是 Method类型：
typedef struct objc_method *Method;
typedef struct objc_ method {
SEL method_name;
char *method_types;
IMP method_imp;
};
Method 保存了一个方法的全部信息，包括 SEL 方法名，type各参数和返回值类型，IMP该方法具体实现的函数指针。
通过 Selector 调用方法时，会从methodList 链表里找到对应Method结构体进行调用，这个 methodList上的的元素是可以动态替换的，可以把某个Selector对应的函数指针IMP替换成新的，也可以拿到已有的某个 Selector 对应的函数指针IMP，让另一个Selector 跟它对应。
简单版实现思路
hook前
hook后
直接调用method_exchangeImplementations即可交替两个selector对应的函数IMP指针, 具体应用例如在UIViewController的category里, 写一个- (void)viewDidAppear等生命周期相关的方法, 从切面对控制器的生命周期进行干涉
但这种方法要求在编译时必须写好替换的函数, 如果你在需要在运行时获取一个类的method, 并动态地进行重定向和包装参数, 这个方法就显得局限了.
Aspects的原理
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...) {
if (!self) return nil;
IMP imp = class_getMethodImplementation(self->isa, SEL op);
imp(self, op, ...); //调用这个函数，伪代码...
}
//查找IMP
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel) {
if (!cls || !sel) return nil;
IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel);
if (!imp) return _objc_msgForward; //_objc_msgForward 用于消息转发
return imp;
}
当我们对一个类对用它无法识别的selector时, 会抛出unrecogniezed selector的异常, 但是从runtime的伪代码中可以看到, 当一个类根据selector找不到对应的IMP函数指针时, 会返回_objc_msgForward这个函数指针, 而并不是直接就抛出异常, 而Aspects正是利用_objc_msgForward去进行方法重定向的
Aspects的思路
当对一个类调用无法识别selector时, 其实并不是马上就会触发异常, 而是会走进动态方法决议的流程, 如下图
动态方法决议流程
- resolvedInstanceMethod: 适合给类/对象动态添加一个相应的实现，
- forwardingTargetForSelector：适合将消息转发给其他对象处理,
- forwardInvocation： 是里面最灵活，最能符合需求的。
在这三个方法里, 都可以有机会重新去处理这个无法识别的selector, forwardingTargetForSelector中, 可以将selector交给别的对象处理, 如果仍然无法处理, 则进入最后一步forwardInvocation, 在此可以获得该次调用的所有参数和调用对象, 并随意重新组装. 在此依然无法处理方法, 才会抛出异常.
而Aspects正是利用其中最灵活的forwardInvocation进行封装的.
首先 , 将类的forwardInvocation的IMP替换为到Aspects里的__ASPECTS_ARE_BEING_CALLED__, 在该方法中统一处理hook过来的方法的逻辑处理
然后 , 在methodList链表里添加一个带有别名的selector (例如hook的是viewDidAppaer, 则会生成一个aspects_viewDidAppear的函数添加到该类的methodlist里), 并指向原来的IMP. 调用此别名selector, 其实相当于调用原函数
最后 , 原selector的IMP则会统一指向_objc_msgForward, 启动消息转发的流程, 并在__ASPECTS_ARE_BEING_CALLED__ 做截获处理
截获消息
核心代码分析一: hook part, 部署好方法之间的挂钩
static void aspect_prepareClassAndHookSelector(NSObject *self, SEL selector, NSError **error) {
NSCParameterAssert(selector);
//将class的forwardInvocation:方法hook走
Class klass = aspect_hookClass(self, error);
Method targetMethod = class_getInstanceMethod(klass, selector);
IMP targetMethodIMP = method_getImplementation(targetMethod);
if (aspect_isMsgForwardIMP(targetMethodIMP) == NO) {
// Make a method alias for the existing method implementation, it not already copied.
const char *typeEncoding = method_getTypeEncoding(targetMethod);
//方法别名, 将原来的IMP放到此selector中, 并添加到class的method列表中
SEL aliasSelector = aspect_aliasForSelector(selector);
if (![klass instancesRespondToSelector:aliasSelector]) {
__unused BOOL addedAlias = class_addMethod(klass, aliasSelector, method_getImplementation(targetMethod), typeEncoding);
NSCAssert(addedAlias, @"Original implementation for %@ is already copied to %@ on %@", NSStringFromSelector(selector), NSStringFromSelector(aliasSelector), klass);
}
//将原来的IMP替换为直接调用forwardInvocation:
class_replaceMethod(klass, selector, aspect_getMsgForwardIMP(self, selector), typeEncoding);
AspectLog(@"Aspects: Installed hook for -[%@ %@].", klass, NSStringFromSelector(selector));
}
}
该函数为swizzle的核心方法, 完成以下几件事
- 将原selector的各种属性, 封装到AspectsContainer中, 以aliasSelector作为key储存在字典中
- aspect_hookClass将类的
-forwardInvocation:函数统一hook到__ASPECTS_ARE_BEING_CALLED__里处理 - 抽出原selector的原IMP, 并生成一个带有别名的selector (例:原selector为
viewWillAppear:, 则生成一个aspects_viewWillAppear:) , 将别名selector与原IMP挂钩, 添加到类的methodList中 - 替换类的methodList, 将原selector的IMP替换成
-forwardInvocation:, 当调用原selector时, 将直接启动消息转发流程
核心代码分析: implement part, 实现转发后函数最终执行的逻辑
static void __ASPECTS_ARE_BEING_CALLED__(__unsafe_unretained NSObject *self, SEL selector, NSInvocation *invocation) {
NSCParameterAssert(self);
NSCParameterAssert(invocation);
SEL originalSelector = invocation.selector;
SEL aliasSelector = aspect_aliasForSelector(invocation.selector);
invocation.selector = aliasSelector;
AspectsContainer *objectContainer = objc_getAssociatedObject(self, aliasSelector);
AspectsContainer *classContainer = aspect_getContainerForClass(object_getClass(self), aliasSelector);
AspectInfo *info = [[AspectInfo alloc] initWithInstance:self invocation:invocation];
NSArray *aspectsToRemove = nil;
// Before hooks.
aspect_invoke(classContainer.beforeAspects, info);
aspect_invoke(objectContainer.beforeAspects, info);
// Instead hooks.
BOOL respondsToAlias = YES;
if (objectContainer.insteadAspects.count || classContainer.insteadAspects.count) {
aspect_invoke(classContainer.insteadAspects, info);
aspect_invoke(objectContainer.insteadAspects, info);
}else {
Class klass = object_getClass(invocation.target);
do {
if ((respondsToAlias = [klass instancesRespondToSelector:aliasSelector])) {
[invocation invoke];
break;
}
}while (!respondsToAlias && (klass = class_getSuperclass(klass)));
}
// After hooks.
aspect_invoke(classContainer.afterAspects, info);
aspect_invoke(objectContainer.afterAspects, info);
// If no hooks are installed, call original implementation (usually to throw an exception)
if (!respondsToAlias) {
invocation.selector = originalSelector;
SEL originalForwardInvocationSEL = NSSelectorFromString(AspectsForwardInvocationSelectorName);
if ([self respondsToSelector:originalForwardInvocationSEL]) {
((void( *)(id, SEL, NSInvocation *))objc_msgSend)(self, originalForwardInvocationSEL, invocation);
}else {
[self doesNotRecognizeSelector:invocation.selector];
}
}
// Remove any hooks that are queued for deregistration.
[aspectsToRemove makeObjectsPerformSelector:@selector(remove)];
}
该函数为swizzle后, 实现新IMP统一处理的核心方法 , 完成一下几件事
- 处理调用逻辑, 有before, instead, after, remove四种option
- 将block转换成一个NSInvocation对象以供调用, 如何实现, 后面会有详述
- 从AspectsContainer根据aliasSelector取出对象, 并组装一个AspectInfo, 带有原函数的调用参数和各项属性, 传给外部的调用者 (在这是block) .
- 调用完成后销毁带有removeOption的hook逻辑, 将原selector挂钩到原IMP上, 删除别名selector
block与NSInvocation的转换
在转发时, 需要调用的是NSInvocation, 而在hook的时候缓存起来的是block, 所以需要将block转换成NSInvocation.
static NSMethodSignature *aspect_blockMethodSignature(id block, NSError **error) {
AspectBlockRef layout = (__bridge void *)block;
if (!(layout->flags & AspectBlockFlagsHasSignature)) {
NSString *description = [NSString stringWithFormat:@"The block %@ doesn't contain a type signature.", block];
AspectError(AspectErrorMissingBlockSignature, description);
return nil;
}
NSLog(@"AspectBlockFlagsHasSignature = %lu", (unsigned long)AspectBlockFlagsHasSignature);
NSLog(@"AspectBlockFlagsHasCopyDisposeHelpers = %lu", (unsigned long)AspectBlockFlagsHasCopyDisposeHelpers);
void *desc = layout->descriptor;
desc += 2 * sizeof(unsigned long int);
if (layout->flags & AspectBlockFlagsHasCopyDisposeHelpers) {
desc += 2 * sizeof(void *);
}
if (!desc) {
NSString *description = [NSString stringWithFormat:@"The block %@ doesn't has a type signature.", block];
AspectError(AspectErrorMissingBlockSignature, description);
return nil;
}
const char *signature = (*(const char **)desc);
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:signature];
}
NSInvocation的创建, 需要signature, argument.
signature可以从block中转换过来, 而参数则可以从原来的AspectInfo对象中取出来做转换
void *desc = layout->descriptor这个指针就是用于获取block的签名了, 根据clang的源码, 签名位于descriptor结构体的第三个变量, 所以将指针移动两个单位.
flag用于判断block的具体类型BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE, 代表这个block是否有捕获外部参数, 如果有捕获, 则descriptor中会多插入两个变量, 所以需要将desc指针再移动两个单位
枚举
block的结构体
与JSPatch的兼容问题
JSPatch先hook的情况
selector之间的转换
转发消息方法的转换
Aspects先hook的情况
selector之间的转换
转发消息方法的转换
下图为JSPatch的hook路径
JSPatch路径
JSPatch先hook的情况会导致AspectsOption的先后顺序失效, 只能before地执行, 但保证能安全执行, 是目前两者融合使用时的一个折中的解决办法
在这篇文章中提供了一个修改Aspect源码的方法, 但我在修改后仍然遇到bug, 有兴趣的同学可以去看看
结语
从JSPatch的兼容性问题可以看出, hook方案虽然非常强大, 但不同第三方库之间并不相互兼容. 尤其大部分的核心逻辑都集中在了-forwardInvocation:上, 一旦hook的情况多了, 此类bug的表现将十分诡异而且难以排查.
此类AOP库在整个项目中最好只能使用一个, 如果项目中有自己写swizzle的需求, 最好停留在sel和IMP一一对应的方式, 而不去触碰-forwardInvocation:的消息转发, 便可避免这类bug的发生
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