iOS底层原理之消息转发

作者: 尘舒 | 来源:发表于2020-01-03 00:43 被阅读0次

简介

1. oc的方法调用，在底层会通过objc_msgSend进行消息发送
1. 依次进行缓存快速查找imp，以及类的方法列表查找之后，如果仍然没有找到目标method，那么则进入消息转发流程
3.神图镇楼

image.png

1.方法解析

1.1 分析

在我们对objc_msgSend进行分析的过程中，当方法的IMP没有寻找到时，首先进入方法解析，在lookUpImpOrForward方法内部，代码如下

 if (resolver  &&  !triedResolver) {
        runtimeLock.unlock();
        _class_resolveMethod(cls, sel, inst);
        runtimeLock.lock();
        // Don't cache the result; we don't hold the lock so it may have 
        // changed already. Re-do the search from scratch instead.
        triedResolver = YES;
        goto retry;
    }

其中_class_resolveMethod就是我们进行方法解析的步骤，在方法内部，根据当前类是否为元类，来判断当前所执行的方法是对象方法还是类方法，从而进行下一步解析，并且返回一个Bool值作为

/***********************************************************************
* _class_resolveMethod
* Call +resolveClassMethod or +resolveInstanceMethod.
* Returns nothing; any result would be potentially out-of-date already.
* Does not check if the method already exists.
**********************************************************************/
void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        // 调用对象方法解析
        _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
      // 调用类方法解析
        _class_resolveClassMethod(cls, sel, inst);
        if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                            NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
        {
            _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
        }
    }
}

在两种方法解析的内部，我们发现其原理就是向当前类发送一个SEL_resolveInstanceMethod或者SEL_resolveClassMethod消息，二者的定义我们可以在objc-runtime.mm文件中看到，并且通过注释也可以知道，这两个方法，在我们的根类NSObject中已经被实现

SEL SEL_resolveInstanceMethod = NULL;
SEL SEL_resolveClassMethod = NULL;

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

那么可以知道，崩溃的原因在于当前传递的崩溃方法找不到实现地址，如果需要防止崩溃，就需要我们给崩溃方法指定一个存在的IMP，让这次方法调用能够正常进行
当方法查找不到时，系统会自动响应这两个方法（resolveClassMethod或者resolveInstanceMethod），在这里给了开发者一次容错以及避免crash的机会，需要我们重写并且在方法内部给未查找到IMP的方法动态添加一个已经存在的IMP

/***********************************************************************
* _class_resolveInstanceMethod
* Call +resolveInstanceMethod, looking for a method to be added to class cls.
* cls may be a metaclass or a non-meta class.
* Does not check if the method already exists.
**********************************************************************/
// 这里的注释很清晰，我们需要重写 resolveInstanceMethod方法，并且为cls添加一个新的方法实现
static void _class_resolveInstanceMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
}

1.2 实验

首先使用LGStudent的类和对象调用两个不存在的方法

        [student performSelector:@selector(sayNothing)];
        [LGStudent performSelector:@selector(sayClassNothing)];

// 打印结果
2019-12-30 17:33:14.808210+0800 LGTest[7749:256805] 错误实例方法sayNothing已经被拦截
2019-12-30 17:33:14.808864+0800 LGTest[7749:256805] 错误类方法sayClassNothing已经被拦截

方法解析代码，自定义了sayHello以及sayObjc方法，当实例方法或者类方法调用出错时用来响应

- (void)unknowObjSel{
    NSLog(@"错误实例方法sayNothing已经被拦截");
}

+ (void)unknowClassSel{
    NSLog(@"错误类方法sayClassNothing已经被拦截");
}

// 类方法解析
// 注意:类方法是存在于类的元类的方法列表中
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"sayClassNothing"]) {
        Method toMethod = class_getClassMethod(self, @selector(unknowClassSel));
        class_addMethod(object_getClass(self), sel, method_getImplementation(toMethod), method_getTypeEncoding(toMethod));
        return YES;
    }
    
    return [super resolveClassMethod:sel];
}

// 实例方法解析
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if ([NSStringFromSelector(sel) isEqualToString:@"sayNothing"]) {
        Method toMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(unknowObjSel));
        class_addMethod(self, sel, method_getImplementation(toMethod), method_getTypeEncoding(toMethod));
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

当我们在这里add完需要响应处理的方法之后，可以看到此时会goto到retry步骤，这个时候，会重新进行一遍imp的查找，包括从缓存以及方法列表中查找，由于我们已经给当前的崩溃方法sayNothing添加了新的实现的IMP-unknowObjSel，那么此时就会调用成功，并且响应了我们自定义的方法unknowObjSel，到此方法解析步骤完成，并且可以防止crash

   if (resolver  &&  !triedResolver) {
        runtimeLock.unlock();
        _class_resolveMethod(cls, sel, inst);
        runtimeLock.lock();
        // Don't cache the result; we don't hold the lock so it may have 
        // changed already. Re-do the search from scratch instead.
        triedResolver = YES;
        goto retry;
    }

1.3 注意

但是，如果我们所有的防崩溃处理都放在这里做，那么会对当前类造成很大的侵入和冗余，所以一般不建议在这一步做处理

补充：推导引出快速转发阶段

我们已经知道，当我们在动态解析阶段如果不做任何处理的时候，那么我们调用一个不存在的方法的时候，就会crash，下面先分析一下，crash之前系统还做了哪些
1.首先创建类，并且调用一个不存在的方法saySomething，打开Debug-Debug WorkFlow-Always Show Disassembly，开始追踪，依着之前我们调试到的，先定位到_objc_msgForward_impcache，之后追踪下去，发现全是汇编代码，没有我们需要的点

[student performSelector:@selector(saySomething)];

image.png

1. 这次我们使用另外一个方法 instrumentObjcMessageSends，这个方法是在log_and_fill_cache的过程中，执行log的开关，可以打印出一些日志，我们尝试一下，并且定位日志文件的具体位置

static void
log_and_fill_cache(Class cls, IMP imp, SEL sel, id receiver, Class implementer)
{
#if SUPPORT_MESSAGE_LOGGING
    if (objcMsgLogEnabled) {
        bool cacheIt = logMessageSend(implementer->isMetaClass(), 
                                      cls->nameForLogging(),
                                      implementer->nameForLogging(), 
                                      sel);
        if (!cacheIt) return;
    }
#endif
    cache_fill (cls, sel, imp, receiver);
}

// 日志打印消息发送，**/tmp/msgSends**，为日志路径
bool logMessageSend(bool isClassMethod,
                    const char *objectsClass,
                    const char *implementingClass,
                    SEL selector)
{
    char    buf[ 1024 ];

    // Create/open the log file
    if (objcMsgLogFD == (-1))
    {
        snprintf (buf, sizeof(buf), "/tmp/msgSends-%d", (int) getpid ());
        objcMsgLogFD = secure_open (buf, O_WRONLY | O_CREAT, geteuid());
        if (objcMsgLogFD < 0) {
            // no log file - disable logging
            objcMsgLogEnabled = false;
            objcMsgLogFD = -1;
            return true;
        }
    }

    // Make the log entry
    snprintf(buf, sizeof(buf), "%c %s %s %s\n",
            isClassMethod ? '+' : '-',
            objectsClass,
            implementingClass,
            sel_getName(selector));

    objcMsgLogLock.lock();
    write (objcMsgLogFD, buf, strlen(buf));
    objcMsgLogLock.unlock();

    // Tell caller to not cache the method
    return false;
}

// 控制打印开关
void instrumentObjcMessageSends(BOOL flag)
{
    bool enable = flag;

    // Shortcut NOP
    if (objcMsgLogEnabled == enable)
        return;

    // If enabling, flush all method caches so we get some traces
    if (enable)
        _objc_flush_caches(Nil);

    // Sync our log file
    if (objcMsgLogFD != -1)
        fsync (objcMsgLogFD);

    objcMsgLogEnabled = enable;
}

执行完一次未知方法并且crash之后，输出打印日志/private/tmp/msgSends-2072

        instrumentObjcMessageSends(true);
        [student performSelector:@selector(saySomething)];
        instrumentObjcMessageSends(false);

- LGStudent NSObject performSelector:
+ LGStudent NSObject resolveInstanceMethod:
+ LGStudent NSObject resolveInstanceMethod:
- LGStudent NSObject forwardingTargetForSelector:
- LGStudent NSObject forwardingTargetForSelector:
- LGStudent NSObject methodSignatureForSelector:
- LGStudent NSObject methodSignatureForSelector:
- LGStudent NSObject class
- LGStudent NSObject doesNotRecognizeSelector:
- LGStudent NSObject doesNotRecognizeSelector:
- LGStudent NSObject class
- OS_xpc_serializer OS_xpc_object dealloc

根据日志，我们可以看到，在动态方法解析resolveInstanceMethod之后，相继又执行了forwardingTargetForSelector以及methodSignatureForSelector，最后打印日志doesNotRecognizeSelector提示无法响应

2.快速转发阶段

首先让我们分析一下forwardingTargetForSelector，找到其定义，发现其为NSObject的一个默认实现的返回nil的方法

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel {
    return nil;
}

最后我们在方法文档中找到该方法的具体解释，返回一个对象用来处理这个未知的消息

image.png

测试一下，给LGStudent重写一个该方法，并且新建一个处理类UnkonwMethodSave，当我们调用了未知方法saySomething的时候，把该类返回出去

// class LGStudent
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (NSSelectorFromString(@"saySomething") == aSelector) {
        return UnkonwMethodSave.new;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

// class UnkonwMethodSave
@implementation UnkonwMethodSave
- (void)saySomething {
    NSLog(@"UnkonwMethodSave: saySomething 被我处理了");
}
@end

// 输出
LGTest[2233:52045] UnkonwMethodSave: saySomething 被我处理了

结论：可以看出，LGStudent没有能够实现的方法被UnkonwMethodSave处理了，可以得出该方法就是把本类不能够实现的方法转发给那些能够处理的类去处理

3.常规转发阶段

最后，常规转发阶段methodSignatureForSelector是一个慢速转发，先看一下文档手册，找到其定义，返回一个MethodSignature方法签名，其包含了这个方法的信息，此时这些所有不能处理的方法将会被收集到forwardInvocation方法中来，此时我们可以选择是否需要处理
image.png
在forwardInvocation中，我们可以把这个方法看成未知方法的收集箱，在这里可以随意选择你可以处理的方法，能够归类集中处理

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (NSSelectorFromString(@"saySomething") == aSelector) {
        //  把不能够处理的方法，返回一个方法签名
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"] ;
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    NSLog(@"这里拦截了未知方法 method");
    // 给不同的方法，传递给不同的能够处理的类去处理
    UnkonwMethodSave *friend = UnkonwMethodSave.new;
    SEL aSelector = [anInvocation selector];
    if ([friend respondsToSelector:aSelector]) {
         // 此时  friend能够处理 方法 aSelector
         // 那么就用friend来处理
          [anInvocation invokeWithTarget:friend];
    }
    else {
          [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}

// 输出
LGTest[2442:64431] 这里拦截了未知方法 method
LGTest[2442:64431] UnkonwMethodSave: saySomething 被我处理了

4. 总结

obj_msgSend在进行MethodTableLookup常规慢速查找，任然没有找到目标IMP之后
首先进入动态方法解析_class_resolveMethod，根据对象方法和类方法，进行不同的解析处理（当然，类方法也可以当做元类的对象方法进行解析）
解析失败时，则进入消息转发的快速转发阶段，在这里阶段，可以把aSelector转发给我认为能够处理的类去处理
如果未能处理，则进入到常规慢速转发流程，先针对aSelector返回方法签名NSMethodSignature，再去forwardInvocation方法中集中处理
关于消息转发的分析就到这里了，如果有不恰当的地方，欢迎后台回复，大家一起沟通探讨~
诙谐学习，不干不燥~

iOS底层原理之消息转发

简介

1.方法解析

1.1 分析

1.2 实验

1.3 注意

补充：推导引出快速转发阶段

2.快速转发阶段

3.常规转发阶段

4. 总结

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1.方法解析

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2.快速转发阶段

3.常规转发阶段

4. 总结

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