objc_msgSend 消息转发流程探究三

作者: 晨曦的简书 | 来源:发表于2021-07-06 13:52 被阅读0次

方法找不到的报错底层原理

我们在前面 objc_msgSend 消息转发流程探究二中最后讲到，当在缓存跟方法列表中都找不到对应的 imp 的时候，会把 imp 赋值为 forward_imp 并返回出去。

这里我们全局搜索 __objc_msgForward_impcache 会看到汇编代码的执行，b __objc_msgForward。

接着我们再搜索 __objc_msgForward，进到 __objc_msgForward 方法后最后会执行 TailCallFunctionPointer 方法。

这里我们可以看到 TailCallFunctionPointer 的宏定义就是跳转到 $0，这里 $0 就是 TailCallFunctionPointer x17 传进来的参数 x17，x17 就是 __objc_forward_handler。

这里我们再搜索 __objc_forward_handler 会找不到，因为这里执行的不再是汇编代码，我们去掉 __ 继续搜索。这里就会来到 objc_defaultForwardHandler 方法。这里会打印报错信息，打印结果就是 + , - 前缀[类名方法名]: unrecognized selector sent to instance 对象地址 " "(no message forward handler is installed)" 。

对象方法动态决议

上面我们讲到，当 imp 查找不到的时候会来到 objc_defaultForwardHandler 方法，会打印崩溃日志，也就是调用一个没有实现的方法的时候系统会崩溃，但是在调用 objc_defaultForwardHandler 方法之前系统还给了我们一次动态决议的机会，我们可以在这里做一些处理。下面是源码的执行流程。

if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER))

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{

    // No implementation found. Try method resolver once.
    // 这个方法是单例方法，只会执行一次
    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }
}

就是执行 objc_defaultForwardHandler 方法之前会执行 lookUpImpOrForward 方法中的这段代码。这里 behavior 是 lookUpImpOrForward 方法的参数，全局这里我们全局搜索可以看到 behavior 为 3，LOOKUP_RESOLVER = 2，所以 behavior & LOOKUP_RESOLVER = 3 & 2 = 2，behavior ^= LOOKUP_RESOLVER 等于 behavior = 2 ^ 2 = 0，最后再执行 slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER) 因为behavior为 0，0 与上任何数都为 0，所以不会再进到这个判断了。进到判断里面会执行 resolveMethod_locked 方法。

enum {
    LOOKUP_INITIALIZE = 1,
    LOOKUP_RESOLVER = 2,
    LOOKUP_NIL = 4,
    LOOKUP_NOCACHE = 8,
};

resolveMethod_locked

resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    ASSERT(cls->isRealized());

    runtimeLock.unlock();

    //这段代码的意义是当我们找出 imp 的时候，会先在缓存跟方法列表中查找，都找不到的会一般会崩溃，但是如果直接崩溃的话会导致系统不稳定，所以这里苹果的开发者会再次给我一次机会，只要我们在 return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior) 之前处理了，系统会再次执行 lookUpImpOrForwardTryCache 方法，再次查找缓存跟方法列表
    // 这里会有判断如果不是元类会执行 resolveInstanceMethod 方法，如果是元类就会执行 resolveClassMethod 方法。
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls)) {
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }
    }

    // chances are that calling the resolver have populated the cache
    // so attempt using it
    return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior);
}

这段代码的意义是当我们找出 imp 的时候，会先在缓存跟方法列表中查找，都找不到的会一般会崩溃，但是如果直接崩溃的话会导致系统不稳定，所以这里苹果的开发者会再次给我一次机会，只要我们在 return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior) 之前处理了，系统会再次执行 lookUpImpOrForwardTryCache 方法，再次查找缓存跟方法列表
// 这里会有判断如果不是元类会执行 resolveInstanceMethod方法，如果是元类就会执行 resolveClassMethod 方法。这里我们先来看 resolveInstanceMethod 方法。

resolveInstanceMethod

static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
    runtimeLock.assertUnlocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    SEL resolve_sel = @selector(resolveInstanceMethod:);

    if (!lookUpImpOrNilTryCache(cls, resolve_sel, cls->ISA(/*authenticated*/true))) {
        // Resolver not implemented.
        return;
    }

    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    // 在这里系统会自动给当前的类发送 resolve_sel 消息，也就是 resolveInstanceMethod 方法。
    bool resolved = msg(cls, resolve_sel, sel);

    // Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time.
    // +resolveInstanceMethod adds to self a.k.a. cls
    // 如果在当前类有执行 resolve_sel 并且有做处理，接着就会在当前表里面继续查找一遍
    IMP imp = lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls);
}

在这个方法类名系统会主动给当前的类发送 resolve_sel 消息，如果在当前类有执行 resolve_sel 并且有做处理，接着就会在当前表里面继续查找一遍。执行 lookUpImpOrNilTryCache 方法。

这里我们通过案例来看一下。

@interface LGPerson : NSObject

- (void)say1;

@end


#import "LGPerson.h"

@implementation LGPerson

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

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    NSLog(@"%s",__func__);
    return YES;
}


@end

我们定义一个 LGPerson 类，在 .h 文件中声明 say1 方法，而 .m 文件只是重写了 resolveInstanceMethod 方法并且打印函数信息。

这里我们可以看到在日志输入的第三行打印了报错信息，但是在这之前调用了 resolveInstanceMethod 方法。那么我们是不是在 resolveInstanceMethod 方法中做些处理，是不是就可以方法崩溃呢？

#import "LGPerson.h"
#import <objc/message.h>

@implementation LGPerson

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

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(say1)) {
        // 指向 sayHello 方法的 imp 指针
        IMP sayHelloImp = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayHello));
        // method
        Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(sayHello));
        // 类型
        const char *type = method_getTypeEncoding(method);
        // 这里对 say1 方法添加新的 imp
        return class_addMethod(self, sel, sayHelloImp, type);
    }
    return YES;
}

@end

这里我们在 resolveInstanceMethod 方法中把 say1 方法对应的 sel 添加了对应 sayHello 方法的 imp，当我们再次调用 say1 方法的时候会看到没有报错，而是执行了 sayHello 方法。

类方法的动态决议

resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    ASSERT(cls->isRealized());

    runtimeLock.unlock();
    if (! cls->isMetaClass()) {
        resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
    } 
    else {
        //如果是元类就会执行 resolveClassMethod 方法。
        resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls)) {
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }
    }
    return lookUpImpOrForwardTryCache(inst, sel, cls, behavior);
}

我们在前面 resolveMethod_locked 方法中讲到，如果是元类就会执行 resolveClassMethod 方法，这里我们就来看一下类方法的动态决议流程。

resolveClassMethod

static void resolveClassMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
    runtimeLock.assertUnlocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    ASSERT(cls->isMetaClass());

    // 判断 resolveClassMethod 方法是否存在
    if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, @selector(resolveClassMethod:), cls)) {
        // Resolver not implemented.
        return;
    }

    // 因为类方法存在于元类里面，所以这里对原理进行局部操作，防止方法没有实现
    Class nonmeta;
    {
        mutex_locker_t lock(runtimeLock);
        nonmeta = getMaybeUnrealizedNonMetaClass(cls, inst);
        // +initialize path should have realized nonmeta already
        if (!nonmeta->isRealized()) {
            _objc_fatal("nonmeta class %s (%p) unexpectedly not realized",
                        nonmeta->nameForLogging(), nonmeta);
        }
    }
    
    // 在这里会对元类发送 resolveClassMethod 消息，那么这里我们想做拦截改怎么拦截呢？这里是对元类发送消息，因为元类的方法是以对象方法存在，我们都知道类的类方法以对象方法的形式存在于元类里面，又因为 resolveClassMethod 为类方法，所以我们在类里面重写 resolveClassMethod 方法就可以拦截
    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(nonmeta, @selector(resolveClassMethod:), sel);

    // Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time.
    // +resolveClassMethod adds to self->ISA() a.k.a. cls
    IMP imp = lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls);
}

在这里会对元类发送 resolveClassMethod 消息，那么这里我们想做拦截改怎么拦截呢？这里是对元类发送消息，因为元类的方法是以对象方法存在，我们都知道类的类方法以对象方法的形式存在于元类里面，又因为resolveClassMethod 为类方法，所以我们在类里面重写 resolveClassMethod 方法就可以拦截。这里我们通过案例来试一下。

@interface LGPerson : NSObject

- (void)say1;

+ (void)say2;

@end


#import "LGPerson.h"
#import <objc/message.h>

@implementation LGPerson

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

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(say1)) {
        // 指向 sayHello 方法的 imp 指针
        IMP sayHelloImp = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayHello));
        // method
        Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(sayHello));
        // 类型
        const char *type = method_getTypeEncoding(method);
        // 这里对 say1 方法添加新的 imp
        return class_addMethod(self, sel, sayHelloImp, type);
    }
    return YES;
}

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(say2)) {
        // 指向 sayHappy 方法的 imp 指针
        IMP sayHappyImp = class_getMethodImplementation(objc_getMetaClass("LGPerson"), @selector(sayHappy));
        // method
        Method method = class_getInstanceMethod(objc_getMetaClass("LGPerson"), @selector(sayHappy));
        // 类型
        const char *type = method_getTypeEncoding(method);
        // 这里对 say2 方法添加新的 imp
        return class_addMethod(objc_getMetaClass("LGPerson"), sel, sayHappyImp, type);
    }
    return YES;
}

@end

跟对象方法动态决议类似，我们重写 resolveClassMethod 方法，并判断 sel 为 say2 方法的时候，设置 imp 为指向 sayHappy 方法的 sayHappyImp，最后我们调用 say2 方法的时候调用了 sayHappy 方法。

resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNilTryCache(inst, sel, cls)) {
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }

这里我们可以发现与对象方法动态决议有区别的地方，这里还会执行一次 resolveInstanceMethod 方法，这是因为类方法在元类中是以对象方法存在，所以也就会走对象方法的决议流程。所以 resolveInstanceMethod 方法会被调用两次。

#import "NSObject+LG.h"
#import <objc/message.h>

@implementation NSObject (LG)

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

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"%s",__func__);
}


+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(say1)) {
        // 指向 sayHello 方法的 imp 指针
        IMP sayHelloImp = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayHello));
        // method
        Method method = class_getInstanceMethod(self, @selector(sayHello));
        // 类型
        const char *type = method_getTypeEncoding(method);
        // 这里对 say1 方法添加新的 imp
        return class_addMethod(self, sel, sayHelloImp, type);
    } else if (sel == @selector(say2)) {
        // 指向 sayHappy 方法的 imp 指针
        IMP sayHappyImp = class_getMethodImplementation(objc_getMetaClass("LGPerson"), @selector(sayHappy));
        // method
        Method method = class_getInstanceMethod(objc_getMetaClass("LGPerson"), @selector(sayHappy));
        // 类型
        const char *type = method_getTypeEncoding(method);
        // 这里对 say1 方法添加新的 imp
        return class_addMethod(objc_getMetaClass("LGPerson"), sel, sayHappyImp, type);
    }
    return NO;
}

@end

所以我们在 NSObject+LG 分类里面，只重写 resolveInstanceMethod 方法，并统一在这里处理也是可以的。

经过上面对前面动态方法的探究，我们会思考一个问题，苹果给我们提供动态决议方法的意义是什么呢？我们总结如下。

通过给 NSObject 添加分类的形式，能全局对所有找不到的方法进行监听。

可以针对自己的模块针对自己定义的方法进行监控，防止崩溃并做些其他处理，同时通过后台上传错误日志，及时对 bug 进行修改。

objc_msgSend 消息转发流程探究三

方法找不到的报错底层原理

对象方法动态决议

类方法的动态决议

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