—— iOS 运行时中方法的调用流程

作者: 大成小栈 | 来源:发表于2021-07-06 21:12 被阅读0次

—— iOS 运行时中方法的调用流程
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对runtime做个总结
iOS底层原理——runtime
#iOS进阶之Runtime----方法---objc_msgS
Runtime要点

1. 消息发送

在iOS运行时系统中，调用方法的本质就是利用objc_msgSend进行消息发送：

// main.m 中的方法调用
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
[person sayNB];
[person sayHello];

// clang 编译后的底层实现
LGPerson *person = ((LGPerson *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("LGPerson"), sel_registerName("alloc"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayNB"));
((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)person, sel_registerName("sayHello"));

// 用objc_msgSend方法来完成[person sayNB]的功能，其打印结果一致
LGPerson *person = [LGPerson alloc];   
objc_msgSend(person,sel_registerName("sayNB"));
[person sayNB];

我们可以直接通过调用objc_msgSend方法，来完成[person sayNB]的功能，查看其打印是否是一致：

直接调用objc_msgSend，需要导入<objc/message.h>;

工程target --> Build Setting -->enable strict checking of obc_msgSend calls由YES 改为NO，否则objc_msgSend的参数会报warning；也可通过宏定义去掉warning。

实例、类、元类

iOS 中所有的类都是继承于 NSObject，一个对象所具有的方法分为实例方法和类方法，编译完成后的对象中，存在一个实例方法链表、一个缓存方法链表。当实例调用方法经objc_msgSend时：首先，在相应操做的对象中的缓存方法列表中找调用的方法，若找到，转向相应的实现并执行；若没找到，在对象的方法列表中查找，若是找到，转向相应的实现并执行；若是没找到，则递归的去父类指针所指向的类对象方法列表中查找；以此类推，若是一直到根类都没有找到，转向拦截调用，走消息转发机制；若是没有重写拦截调用方法，程序报错；

调用对象方法（给实例对象发消息）
根据实例对象的isa指针去该对象的类方法中查找，若找到则执行；
若没找到，递归的去该类的父类类对象中查找，直到根类NSObject；
如果都没有找到就报错（还有三次挽救的机会）
调用类方法（给类对象发送消息）
根据类对象的isa指针去元对象中查找，若找到则执行；
若没找到，递归的去父元类对象中查找，直到根类NSOject；
如果都没有找到就报错（也有三次挽救的机会）

消息发送

2. 消息转发

消息转发也被称为拦截调用，就是在找不到调用的方法后，且在程序崩溃以前，有机会经过重写NSObject的四个方法来补救处理：

// 有机会让类，实现并添加这个sel
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;

// 让别的对象去执行这个函数
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
// （函数执行器）将目标函数以其它形式执行
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

若以上都不中，调用 NSObject 的 doesNotRecognizeSelector 方法抛出异常：

- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector;

消息转发

利用以上机制，可以对resolveInstanceMethod 和 resolveClassMethod 两个方法进行方法交换，拦截可能出现的 iOS 崩溃，然后自定义处理。

3. 实例

消息转发机制依次的三个过程：1）动态方法解析；2）转发给其他备用的接收对象；3）消息所有相关内容封装成一个NSInvocation对象，再做最后的尝试。

3.1 动态方法解析

第一阶段，先征询接收者所属的类，是否需要动态的添加方法，用来处理当前未找到的方法。对象在无法解读消息时会首先调用所属类的下列类方法，来判断是否能接收消息：

// 如果是实例方法 （返回值表示这个类能否新增一个实例方法处理此选择子）
+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)selector;
// 如果是类方法（类方法的添加需要在其“元类”里面。）
+ (BOOL) resolveClassMethod:(SEL)selector;

例：

//消息转发机制的第一步 ：动态方法解析
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    NSString *selName = NSStringFromSelector(sel);
    if ([selName hasPrefix:@"doSomeThing"]) {//判断特定无法响应的方法
        class_addMethod(self, sel, (IMP)otherOneDoSomeThing, "v@:");//动态添加响应方法
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

//动态将实现转到这个函数（或者就是单纯的添加doSomeThing方法）
void otherOneDoSomeThing(id self ,SEL _cmd){
    NSLog(@"class:%@, sel:%s",self,sel_getName(_cmd));
    NSLog(@"原对象无法响应该消息，在动态方法解析时添加了一个方法来处理该消息");
}

3.2 备用的接收者

第二阶段，如果动态方法解析没有发现添加的方法，那么尝试转发给其他对象来处理这个方法。该步骤调用的方法是：

// 尝试转发给其他对象来处理这个方法
- (id) forwardingTargetForSelector:(SEL)selector;

例：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    NSString * selString = NSStringFromSelector(aSelector);
    if([@"doSomeThing" isEqualToString:selString]){
        OtherObject *someone = [[OtherObject alloc] init];//备选对象
        if ([someone respondsToSelector:aSelector]) {
            return someone;//如果可以响应该方法，则直接转交新对象处理
        }
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];//如果无合适的备选对象，则继续转发
}

3.3 完整的消息转发机制

第三阶段，如果没有可用的备选者，那么系统就会把消息所有相关内容封装成一个NSInvocation对象，再做最后的尝试，启动完整的消息转发。先调用methodSignatureForSelector:获取方法签名，然后再调用forwardInvocation:进行处理，这一步的处理可以直接转发给其它对象，即和第二步的效果等效，但是很少有人这么干，因为消息处理越靠后，就表示处理消息的成本越大，性能的开销就越大。所以，在这种方式下，一般会改变消息内容，比如增加参数，改变选择子等等，具体根据实际情况而定。

// 获取方法签名
 - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
// 完整的消息转发（消息的受主、消息体、消息参数均封装在内）
 - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

例：

//获取方法签名
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
{
    NSString *method = NSStringFromSelector(aSelector);
    if ([@"doSomeThing" isEqualToString:method]) {
        /* 手动创建签名
         写法例子一  v@:@
         字符说明：（1）v:返回值类型void;（2）@:id类型,执行sel的对象;（3): SEL;（4）@:参数
         
         写法例子二  @@:
         字符说明：（1）@:返回值类型id;(2)@:id类型,执行sel的对象;(3)：SEL
        
         */
        NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
        return signature;
    }
    return nil;
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    //*-----------  处理方式一：不改变sel -------------*/
    // 拿到这个消息
    SEL selector = [anInvocation selector];
    // 转发消息
    AnotherObject *otherObject = [[AnotherObject alloc] init];
    if ([otherObject respondsToSelector:selector]) {
        // 调用这个对象,进行转发
        [anInvocation invokeWithTarget:otherObject];
    } else {
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
    //*---------------------------------------------*/

    //*-----------  处理方式二：改变sel -------------*/
    SEL selector = @selector(myAnotherMethod:);
    NSMethodSignature *signature = [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];
    anInvocation = [NSInvocation invocationWithMethodSignature:signature];
    [anInvocation setTarget:self];
    [anInvocation setSelector:@selector(myAnotherMethod:)];
    NSString *param = @"参数";
    // 消息的第一个参数是self，第二个参数是选择子，所以"参数"是第三个参数
    [anInvocation setArgument:&param atIndex:2];
    
    if ([self respondsToSelector:selector]) {//如果自己响应，就自己处理
        [anInvocation invokeWithTarget:self];
        return;
    } else {
        AnotherObject * otherObject = [[AnotherObject alloc] init];
        if ([otherObject respondsToSelector:selector]) {//交给另外的对象来处理
            [anInvocation invokeWithTarget:otherObject];
            return;
        }
    }
    [super forwardInvocation:anInvocation];
    //*---------------------------------------------*/
}

//类中的另一个方法，来处理消息
- (void)myAnotherMethod:(NSString*)para
{
    NSLog(@"交给我自己的另一个方法来处理：%@", para);
}

消息转发机制简图

4. 应用场景

为@dynamic等实现方法
使用 @synthesize 可以为 @property 自动生成 getter 和 setter 方法（现 Xcode 版本中，会自动生成），而 @dynamic 则是告诉编译器，不用生成 getter 和 setter 方法。当使用 @dynamic 时，我们可以使用消息转发机制，来动态添加 getter 和 setter 方法。当然你也可用其他的方法来实现。
间接实现多继承
Objective-C本身不支持多继承，这是因为消息机制名称查找发生在运行时而非编译时，很难解决多个基类可能导致的二义性问题，但是可以通过消息转发机制在内部创建多个功能的对象，把不能实现的功能给转发到其他对象上去，这样就做出来一种多继承的假象。转发和继承相似，可用于为OC编程添加一些多继承的效果，一个对象把消息转发出去，就好像他把另一个对象中放法接过来或者“继承”一样。消息转发弥补了objc不支持多继承的性质，也避免了因为多继承导致单个类变得臃肿复杂。
实现多重代理
利用消息转发机制可以无代码侵入的实现多重代理，让不同对象可以同时代理同个回调，然后在各自负责的区域进行相应的处理，降低了代码的耦合程度。

这里就是利用了消息转发机制的第三个阶段，将NSIvocation分发给多个代理去响应。
https://blog.csdn.net/kingjxust/article/details/49559091

iOS动态化更新（JSPatch、ReactiveCocoa等）

JSPatch，通过消息转发机制来进行JS和OC的交互，从而实现iOS的热更新。
虽然苹果大力整改热更新让JSPatch的审核通过率在有一段时间里面无法过审，但是后面bang神对源码进行代码混淆之后，基本上是可以过审了。
下面截图只摘出来用到消息转发的部分：关键点就是在第三阶段，通过invocation拿到方法参数，然后传给JS，调用JS的实现函数。

http://blog.cnbang.net/tech/2808/
http://blog.cnbang.net/tech/2855/

5. 总结

由于OC的动态特性，在编译过程向类发送了其无法理解的消息并不会报错，因为在运行时，我们可以改变对象调用的方法、向类中添加方法。只有当程序运行起来之后，才知道要真正执行哪个函数（动态绑定）。

OC消息发送原理、方法查找过程：

调用一个方法（包括respondsToSelector），编译器将OC代码，转换成C函数，给对象发送消息： void objc_msgSend(id self, SEL cmd,...) ，第一个参数是接收者，第二个参数是方法（名），后面是消息的参数。

objc_msgSend查找方法，实例对象根据其isa指针，找到其所属的class，然后遍历其methodLists，如果找到则根据IMP函数指针去调用，并且缓存（objc_cache）；如果没有找到，那么根据这个类的super_class找到其父类，再看其父类是否能相应这个方法就可以了，直到super_class为nil时，就无法响应这个方法了，此时就触发消息转发机制。
当使用类名调用类方法(+方法)时，只需要根据class的isa指针，找到其meta-class，然后通过meta-class的methodLists找到相应的方法既可（“类”是“元类”的对象）。

如果对象接收到无法解读的消息后（未查询到该方法），就会启动“消息转发”机制，我们可在此过程告诉对象应该如何处理未知消息。如果我们不做任何处理，或处理无效，则会调用doesNotRecognizeSelector：，造成异常崩溃：unrecognized selector sent to instance 0xxx

简单理解:

首先，若对象无法响应某个方法调用，则进入消息转发流程。
开始第一步，通过运行时的动态方法解析，可以将需要的某个方法，加入到类中。
上一步失败，开始第二步，将消息转发给其他对象处理。
上述两步失败，启动完整的消息转发机制，通过封装NSInvocation，明确指出方法的响应者（甚至改变SEL）。
上述都失败，抛出异常。

OC、运行时初始化时机：
https://www.jianshu.com/p/4b93b40977b5
https://blog.csdn.net/weixin_30920513/article/details/100093380

参考文章：
https://www.jianshu.com/p/7e132cda35cd
https://www.cnblogs.com/feng9exe/p/10397102.html
https://www.shangmayuan.com/a/02d9b8b219b24d888ef93b97.html
https://blog.csdn.net/lin1109221208/article/details/108724965

iOS之使用NSInvocation调用方法
https://www.jianshu.com/p/e24b3420f1b4

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