Runtime底层原理--动态方法解析、消息转发源码分析
了解了Runtime函數含義，我們就可以直接使用Runtime的API了，那接下來繼續探究Runtime的源碼，經過源碼分析來更加深刻的了解Runtime原理。
開發應用
都知道Runtime很重要，但是有很多小伙伴根本不了解，或者只是知道可以替換方法啊、可以交換兩個方法的調用，項目中也用不到，
從進入iOS開始，寫了無數個[[objc alloc] init]，這個到底在干嘛？初始化和init？alloc和init到底做了什么？
通過匯編查看方法調用
Person *person = [Person alloc];Person *person1 = [person init];Person *person2 = [person init];NSLog(@"%p-----%p------%p", person, person1, person2);這里會輸出什么呢？
0x10102e1a0-----0x10102e1a0------0x10102e1a0來，讓我們斷點看下，alloc和init是怎么調用的
我們看到調用alloc和init都調起了objc_msgSend，接下來跟著符號斷點走
進入libobjc庫的dylib之后走+[NSObject alloc]方法，指針調起_objc_rootAlloc，進入_objc_rootAlloc方法，繼續調起callAlloc，通過寄存器，可以看到alloc已經通過類創建實例對象
init按照同樣方法 依然可以通過匯編看出方法調用順序，可以用真機進行測試并打印
通過編譯C++
當新的對象被創建時，其內存同時被分配，實例變量也同時被初始化。對象的第一個實例變量是一個指向該對象的類結構的指針，叫做 isa。通過該指針，對象可以訪問它對應的類以及相應的父類。在 Objective-C 運行時系統中對象需要有 isa 指針，我們一般創建的從 NSObject 或者 NSProxy 繼承的對象都自動包括 isa 變量。接下來看下對象被創建的過程
首先，我們通過clang命令
也可以用clang -rewrite-objc main.m -o test.c++命令，只不過會有很多警告、代碼會更長（大概9萬多行）。
編譯main函數中的OC代碼為C++代碼
編譯后多一個testMain.c++文件，打開后在代碼最后面會發現我們的main函數
int main(int argc, const char * argv[]) {/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; Person *p = ((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((Person *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("Person"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)p, sel_registerName("run"));}return 0; }可以看出，我們的方法調用會編譯成objc_msgSend，
由此還會發現對象的本質其實就是一個結構體
下層通訊(通過源碼查看objc_msgSend內部實現)
首先我們到蘋果open source官網下載最新源碼
在方法調用的時候，會發送objc_msgSend消息，objc_msgSend會根據sel找到函數實現的指針imp，進而執行函數，那sel是如何找到imp的呢？
objc_msgSend在發送消息時候根據sel查找imp有兩種方式
- 快速（通過匯編的緩存快速查找）
- 慢速（C配合C++、匯編一起查找）
先看下objc_class
bits中包含各種數據，cache（每個類都有一個）用來存儲方法select和imp，select和imp會以哈希表形式存在
objc_msgSend在快速查找的時候，就是通過匯編查找objc_class中的cache，如果找到則直接返回，否則通過C的lookup，找到后再存入cache
匯編部分快速查找
首先調用objc_msgSend會走到ENTRY
先判斷p0檢查是否為空和tagged pointer（特殊類型）判斷，調用LNilOrTagged進行isa處理，通過isa找到相應類class，最后調用LGetIsaDone來執行CacheLookup在緩存中查找imp，如果查找到直接調起imp否則調起objc_msgSend_uncached，objc_msgSend_uncached有兩種情況
首先，第一個是CacheHit，直接調起imp，第二個是CheckMiss，之后調用objc_msgSend_uncached，第三個就是add，下面是CacheHit和CheckMiss的宏
那如果在緩存中沒有查找到imp，調起objc_msgSend_uncached，在方法列表中找到imp之后再TailCallFunctionPointer調起imp
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncachedUNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION// Out-of-band p16 is the class to searchMethodTableLookup // 方法列表中找到impTailCallFunctionPointer x17重點:MethodTableLookup是怎么操作的
小知識點：通過method list查找method，下面是method_t的結構，method其實是一個哈希表，sel和imp是鍵值對
struct method_t {SEL name;const char *types; // 參數類型MethodListIMP imp;struct SortBySELAddress :public std::binary_function<const method_t&,const method_t&, bool>{bool operator() (const method_t& lhs,const method_t& rhs){ return lhs.name < rhs.name; }}; };進入MethodTableLookup之后，調起了__class_lookupMethodAndLoadCache3，如下圖
__class_lookupMethodAndLoadCache3是C方法，再次進入_class_lookupMethodAndLoadCache3方法，注意，因為這里由匯編跳轉到C，所以要全局搜索_class_lookupMethodAndLoadCache3，要刪去一個"_",下面是_class_lookupMethodAndLoadCache3函數
/*********************************************************************** * _class_lookupMethodAndLoadCache. * Method lookup for dispatchers ONLY. OTHER CODE SHOULD USE lookUpImp(). * This lookup avoids optimistic cache scan because the dispatcher * already tried that. **********************************************************************/ IMP _class_lookupMethodAndLoadCache3(id obj, SEL sel, Class cls) {return lookUpImpOrForward(cls, sel, obj, YES/*initialize*/, NO/*cache*/, YES/*resolver*/); }C/C++部分查找
調起lookUpImpOrForward，因為當前cls對象已經經過匯編編譯到結構，有了isa，并且在cache中沒有找到，所以這里的initialize為YES，cache為NO，resolver為YES
進入lookUpImpOrForward，這里再次判斷是否存在cache，如果有則直接快速查找，但是這里是NO，所以不會走。接下來走checkIsKnownClass判斷是否是已經聲明的類，如果沒有則報錯"Attempt to use unknown class %p."，之后走realizeClass判斷是否已經實現，如果就相應賦值data。
data賦值后走_class_initialize初始化cls，接下來開始retry操作。
前方高能
再次進行cache_getImp，why？并發啊，還有重映射（在初始化init的時候有個remap（class）第一次通過匯編找不到，但是在加載類的時候對當前類進行重映射）
接下來開始先在自己的class_rw_t的methods中根據sel查找方法返回method_t
如果拿到Method后保存到緩存中，保證以后調用可以直接走匯編的CacheHit快速查找，如果拿不到則繼續從父類開始查找，直到找到NSObject(因為NSObject的父類為nil)，如果找到imp則一樣保存在緩存中，如果到最后還是沒有查找到，則進入動態方法解析。
動態方法解析
如果前面一系列操作還是沒有找到方法，那么就會進行動態方法解析，動態方法解析只執行一次
首先執行_class_resolveMethod，這里會執行+resolveClassMethod 或者 +resolveInstanceMethod。
先判斷當前cls是否為元類，如果是元類則執行_class_resolveClassMethod，再執行_class_resolveInstanceMethod，如果不是元類則直接執行_class_resolveInstanceMethod，_class_resolveInstanceMethod內部調用objc_msgSend實現消息發送，對cls發送了SEL_resolveInstanceMethod類型的消息，所以在方法中會走到resolveInstanceMethod方法。
為什么元類最后也執行了_class_resolveInstanceMethod方法呢？因為類方法以實例對象的形態存在元類里面，比如類方法中沒有找到方法，會去元類中查找，元類中沒有再繼續去根元類中查找，最后會查到NSObject。
代碼示例：
.h實現
- (void)run; + (void)eat;.m實現(沒有實現-run方法和+eat方法)
- (void)walk {NSLog(@"%s",__func__); } + (void)drink {NSLog(@"%s",__func__); }// .m沒有實現,并且父類也沒有,那么我們就開啟動態方法解析 //- (void)walk{ // NSLog(@"%s",__func__); //} //+ (void)drink{ // NSLog(@"%s",__func__); //}#pragma mark - 動態方法解析+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{if (sel == @selector(run)) {// 我們動態解析我們的 對象方法NSLog(@"對象方法解析走這里");SEL walkSEL = @selector(walk);Method readM= class_getInstanceMethod(self, walkSEL);IMP readImp = method_getImplementation(readM);const char *type = method_getTypeEncoding(readM);return class_addMethod(self, sel, readImp, type);}return [super resolveInstanceMethod:sel]; }+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel{if (sel == @selector(eat)) {// 我們動態解析我們的 對象方法NSLog(@"類方法解析走這里");SEL drinkSEL = @selector(drink);// 類方法就存在我們的元類的方法列表// 類 類犯法// 元類 對象實例方法// Method hellowordM1= class_getClassMethod(self, hellowordSEL);Method drinkM= class_getInstanceMethod(object_getClass(self), drinkSEL);IMP drinkImp = method_getImplementation(drinkM);const char *type = method_getTypeEncoding(drinkM);NSLog(@"%s",type);return class_addMethod(object_getClass(self), sel, drinkImp, type);}return [super resolveClassMethod:sel]; }消息轉發
經歷了動態方法決議還沒有找到，會進入蘋果尚未開源的消息轉發，繼續查找方法，_objc_msgForward_impcache再次跨域到匯編。
走到__objc_msgForward_impcache后執行__objc_msgForward
沒有了源碼實現，但是我們可以通過instrumentObjcMessageSends函數來打印調用堆棧信息?？梢赃M入instrumentObjcMessageSends內部看下具體實現。
先判斷了是否可以寫入日志信息等，接下來同步日志文件
所以我們每次運行會在/private/tmp文件下多一個msgSends-xxx文件，里面是所有調用過程
如果還沒有找到的話最后會報錯調用__objc_forward_handler
這也是我們在方法報錯的時候會報unrecognized selector sent to instance %p " "(no message forward handler is installed)"錯誤的原因，會提示出元類信息，+或者-方法，方法的名字還有SEL方法編號
代碼示例：
#pragma mark - 實例對象消息轉發- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{NSLog(@"%s",__func__);// if (aSelector == @selector(run)) {// // 轉發給Student對象// return [Student new];// }return [super forwardingTargetForSelector:aSelector]; }- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{NSLog(@"%s",__func__);if (aSelector == @selector(run)) {// forwardingTargetForSelector 沒有實現，就只能方法簽名了return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];}return [super methodSignatureForSelector:aSelector]; }- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{NSLog(@"%s",__func__);NSLog(@"------%@-----",anInvocation);anInvocation.selector = @selector(walk);[anInvocation invoke]; }#pragma mark - 類消息轉發+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{NSLog(@"%s",__func__);return [super forwardingTargetForSelector:aSelector]; } //+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{NSLog(@"%s",__func__);if (aSelector == @selector(walk)) {return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:@"];}return [super methodSignatureForSelector:aSelector]; }+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{NSLog(@"%s",__func__);NSString *sto = @"奔跑吧";anInvocation.target = [Student class];[anInvocation setArgument:&sto atIndex:2];NSLog(@"%@",anInvocation.methodSignature);anInvocation.selector = @selector(run:);[anInvocation invoke]; }現在我們應該也知道了為什么objc_msgSend的源碼用的匯編，因為匯編可以通過寄存器x0-x31來保留未知參數來跳轉到任意的指針，還有匯編更高效一點，而C滿足不了。
言而總之，總而言之
Runtime就是C、C++、匯編實現的一套API，給OC增加的一個運行時功能，也就是我們平時所說的運行時。
在運行工程時工程會被裝載到內存，來提供運行時功能。
該文章為記錄本人的學習路程，希望能夠幫助大家，也歡迎大家點贊留言交流！！！文章地址：https://www.jianshu.com/p/1ddd15e47343
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Runtime底层原理--动态方法解析、消息转发源码分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： iOS应用签名原理--数字签名？代码签名
- 下一篇： Groovy 使用完全解析