2.iOS开发之Runtime
前言：做iOS开发有些时间了，日常开发上架都熟练于心了，然而连一些最基本的相关原理知识有时候都说不上来，想着有空的时候整理整理，写下来记录一下。可能了解的不够全面或者不够准确，如果有看到的朋友希望能不吝赐教。
Runtime是什么？
首先了解OC是一门动态语言，与在编译器就已经决定了各种数据结构的静态语言不同，动态语言可以在运行期动态的修改一个类的结构，比如修改方法实现，绑定实例变量等。
Runtime是一套比较底层的基于C和汇编的API，是OC运行时框架的基石。编写的OC代码在运行过程都会转换成Runtime的C语言代码。OC需要Runtime来创建类和对象，进行消息发送和转发。
与runtime进行交互的三种方式
对象(object)和类(class)
OC的面向对象都是基于C/C++的数据结构实现的。
所有的对象都是由其对应的类实例化而来，OC对象本质是objc_object结构体。
objc_object结构体
OC的类本质上也是对象。
objc_class结构体
isa指针
对象都有isa指针，isa指针用来维护对象和类之间的关系，确保对象和类能够通过isa指针找到对应的方法、实例变量、属性、协议等。实例对象的方法存储于类中，而类方法则以实例方法存在存于元类中，类是元类的实例对象。
在arm64架构之前，isa就是单纯的指针。直接指向objc_class，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址。实例指向类，类指向元类，元类指向根元类，根元类指向自身，根元类的父类是NSObject。
在arm64架构之后，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，使用位域来存储更多的信息。64位等于8个字节，其中33位才用来存Class、Meta-Class对象的内存地址。（NON_POINTER_ISA）
isa经典流程图（图片转自网络）
关于class_ro_t与class_rw_t
class_data_bits_t主要是对class_rw_t的封装，可以通过bits & FAST_DATA_MASK获得class_rw_t。
在编译期，类的相关方法，属性，协议会被添加到class_ro_t这个只读的结构体中，class_ro_t中的list都是一维数组(例method_list_t)。【ivar_list_t】
在运行期，类第一次被调用的时候，class_rw_t会被初始化，编译期确定下来的信息会被拷贝进去，category中的内容也是在这个时候被添加进来的，还有其他运行时添加的信息。class_r_t中的list则是可读可写的二维数组(例method_array_t)。
class_rw_t与class_ro_t中的methodList（图片转自网络）
获得 class的方式
获得 class的方式
isKindOfClass和isMemberOfClass的区别
isKindOfClass不但会判断接受者是否为该Class的实例，还会判断接受者是否为该Class的任何继承类的实例，而isMemberOfClass只会判断接受者是否为该Class的实例。
消息发送与转发
OC中方法的本质就是向对象发送消息 。
objc_msgSend
除了objc_msgSend，还有objc_msgSendSuper（当方法调用者为super时）以及objc_msgSend_stret（当数据结构作为返回值时）。
objc_msgSend的参数 1是消息接受者，参数2是SEL方法名，之后参数为SEL方法的参数。
方法查找
通过SEL找IMP
消息发送的流程（图片转自网络）
消息发送的流程（图片转自网络）
cache_t
向对象发送消息后通过isa指针找到对象的class，去class的cache方法缓存中查找方法，找到就调用。
cache_t的结构
cache_t是可增量扩展的哈希表结构，用哈希表来缓存曾经使用过的方法，可以提高方法的查找速度（空间换时间：牺牲内存空间来换取执行效率）。子类没有实现方法会调用父类的方法，会将父类方法加入到子类自己的cache里。
缓存容量如果不够会设置新的缓存bucket_t，容量是旧的两倍，并且扩展的时候，会清空数组里原有的缓存内容。bucket_t中的存的是SEL与IMP的键值对。
cache_t 中没有找到则去class的class_rw_t以及父类继续查找，若找到则加入class的cache方法缓存中。 查找方法getMethodNoSuper_nolock(cls, sel)，如果方法列表是经过排序的，则进行二分法查找，没有经过排序，则进行线性遍历查找。
cache_t详情可以参考 方法缓存cache_t 探究
动态方法解析
动态方法解析流程（图片转自网络）
根据实例方法或类方法重写+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel或 +(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel这两个方法，在方法中调用class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)方法实现动态方法解析。标记为已经动态解析后会再次进入“消息发送”流程。
注：在NSObject重写resolveInstanceMethod方法，都可以动态解析实例方法与类方法。
消息转发
消息转发流程（图片转自网络）
消息转发”阶段分两步进行：Fast forwarding 和 Normal forwarding。
Fast forwarding：将消息转发给一个其它 OC 对象（找一个备用接收者），我们可以重写以下方法+/- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)sel，返回一个!= receiver的对象，来完成这一步骤。
Normal forwarding：实现一个完整的消息转发过程。
（1）重写 +/- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector 返回一个签名（方法签名就是对返回值类型、参数类型的描述，可以使用 Type Encodings 编码）。Runtime 会根据这个方法签名，创建一个NSInvocation对象（NSInvocation封装了未知消息的全部内容，包括：方法调用者 target、方法名 selector、方法参数 argument 等），然后调用第二个方法并将该NSInvocation对象作为参数传入。
（2）重写 +/- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation 可以做以下事
1.将未知消息转发给其它对象；
2. 改变未知消息的内容(如方法名、方法参数)再转发给其它对象
3.可以定义任何逻辑。
如果（1）中没有返回方法签名，或者我们没有重写（2），系统就会认为我们彻底不想处理这个消息了，这时候就会调用+/- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)sel方法并抛出经典的 crash:unrecognized selector sent to instance/class，结束 objc_msgSend 的全部流程。
self 和 super
OC 方法都带有两个隐式参数：(id)self和(SEL)_cmd；
self 是一个对象指针，指向当前方法的调用者/消息接收者；
如果是实例方法，它就是指向当前类的实例对象；
如果是类方法，它就是指向当前类的类对象。
当使用 self 调用方法的时候，底层会转换为objc_msgSend()函数的调用，通过上一篇文章可以知道，该函数会从当前消息接收者类中开始查找方法的实现。
super 是一个编译器指令，当使用 super 调用方法的时候，底层会转换为objc_msgSendSuper2()函数的调用，该函数会从当前消息接受者类的父类中开始查找方法的实现。要注意消息接收者还是子类对象，而不是父类对象，只是查找方法实现的范围变了。
Runtime的日常应用
1.方法交换（Swizzle黑魔法method_exchangeImplementations）
（拦截替换或者额外增加功能 通常在 +(void)load进行）
可以使用第三方的JRSwizzle与RSSwizzle，RSSwizzle更安全防爆还支持block
2.动态添加方法（class_addMethod）
3.给分类添加属性 （关联对象）
4.字典转模型（遍历成员变量class_copyIvarList）
5.自动归档解档（遍历成员变量class_copyIvarList）
6.动态变量控制（遍历后找到对应的变量进行改值）
7.万能控制器跳转（获取推送后的一些跳转）
部分内容转载自 深入浅出 Runtime 、 Runtime 10种用法 与 runtime源码
