OC中的消息转发机制

2017-01-05 本文已影响201人欧阳铨

在本文中，将为你解释在OC的动态机制中，一个对象是如何调用，并且在对象中找不到方法的情况下，如何将方法通过"发消息"的形式转发给其它接受者。

在了解消息转发机制之间，要知道OC中方法如何调用，并且为什么需要消息转发。

OC的语法中，我们调用这样调用一个方法：

[receiver method:param];

编译后的c代码是这样调用方法的：

objc_msgSend(receiver, @selector(method), param);

在OC的所有方法中，其实有两个隐藏参数，一个是id receiver规定了方法的接受者，另一个是SEL _cmd，方法的selector。

究竟在msgSend方法中做了什么？

在runtime源码中，msgSend方法在objc-msg-arm.s中，为了保证效率，使用了汇编实现。

id objc_msgSend(id self, SEL _cmd,...);

     ENTRY objc_msgSend 
     MESSENGER_START  
     cbz    r0, LNilReceiver_f ;receiver为空则直接返回
     ldr    r9, [r0]           ;r9 = self->isa 
     CacheLookup NORMAL        ; calls IMP or LCacheMiss
                             ; 首先在缓存中寻找IMP
LCacheMiss:               ; 缓存中找不到IMP 
     MESSENGER_END_SLOW 
     ldr    r9, [r0, #ISA]      ; class = receiver->isa
     b  __objc_msgSend_uncached ;在父类中寻找IMP
LNilReceiver:           ; 找不到IMP，标识IMP为消息转发 
                            ; r0 is already zero 
     mov    r1, #0 
     mov    r2, #0 
     mov    r3, #0 
     FP_RETURN_ZERO 
     MESSENGER_END_NIL 
     bx lr
LMsgSendExit:
     END_ENTRY objc_msgSend

在源码中有清晰的注释，让我们知道，msgSend方法实际上逻辑不复杂。

第一步，判断receiver是否为空，若为空则直接返回，这就是给一个空对象调用方法不会奔溃的原因。
第二步，在缓存中搜索是否已经缓存IMP，若已缓存，则直接返回。
第三步，在父类中寻找IMP方法，找到则返回。* 第四步，标记IMP为_objc_msgForward，意思是调用这个方法直接走消息转发机制。

在类中寻找IMP

在上面的描述中，我们需要在一个类中寻找方法的实现，这个寻找方法，在runtime源码objc-class-old.mm中的方法：

IMP lookUpImpOrForward(Class cls, 
                         SEL sel, 
                          id inst, 
                        bool initialize, 
                        bool cache,
                        bool resolver)

主要执行了以下动作

解锁methodList，用于无锁查找，速度快。
在缓存中查找，如果找到，则返回缓存的方法。
查找cls是否被释放，如果是，则返回cls被释放的错误。
判断cls是否已经初始化，没有初始化则初始化。
加锁methodList，防止多线程操作。
如果是垃圾回收机制的方法，则忽略，并添加到类的忽略方法列表中。
尝试查找缓存，找到则返回。
尝试在这个类的方法列表methodList中查找，如果找到，则添加到缓存中。
如果还没有找到，就从父类的缓存和父类的方法列表中查找，找到就添加到缓存中，没找到就进入_class_resolveMethod方法。
调用_class_resolveMethod方法，给机会动态添加方法，然后重新调用msgSend查找，看看有没有添加方法。
将这个方法直接缓存为消息转发。
解锁methodList。

到此，已经和msgSend没什么关系了，关键在于msgSend方法中，找不到方法的实现，则开始消息转发。

消息转发

上面我们提到，当实在找不到方法实现时，会走消息转发。你有3次机会添加方法的实现，如果还没有方法的实现，程序只能Crash了。接下来用例子分别说明这3次机会。新建一个Son和Father类，并在Son类中添加方法声明，不实现方法。

// Son.h
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Son : NSObject
- (void)method;
@end

// Son.m
#import "Son.h"
#import "Father.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Son
@end

然后，调用son的method方法。

son调用method奔溃.png

结果可想而知，son的method方法没有实现，并且也没有在消息转发过程中添加实现，所以出现经典的奔溃:

Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException',
reason: '-[Son method]: unrecognized selector sent to 
instance 0x1003031e0'

那在消息转发中，调用了哪些方法呢？我们给[son method]方法打上断点，并在gbd中输入命令call (void)instrumentObjcMessageSends(YES)。

断点调试.png
然后在终端中打开文件夹open /private/tmp找到"msgSend-xxxx"之类的文件，双击打开。

消息转发方法.png
这些就是在消息转发的过程中调用的方法。
1.resolveInstanceMethod: (或 resolveClassMethod:)方法。这是第一次机会让你添加方法实现。在这里，调用class_addMethod方法添加实现，并返回YES，然后会重新开始msgSend流程。如果没有实现，那么进入第二次机会。
2.forwardingTargetForSelector:方法。这是第二次机会，但是这一次不是添加方法实现，而是将消息转发给能够响应此消息的对象，直接把消息发给它。否则返回nil。
3.methodSignatureForSelector:方法。这是第三次机会，这个方法尝试获取方法的签名如果获取不到，则直接调用doesNotRecognizeSelector抛出异常。刚刚奔溃的unrecognized selector sent to instance错误就出自于此。如果能获取，则返回非nil：创建一个 NSlnvocation 并传给forwardInvocation:。
4.forwardInvocation:方法。将第三步的方法签名添加一个方法实现。
5.doesNotRecognizeSelector: 方法。抛出找不到方法签名的移除，程序Crash。###知道的消息转发的怎么回事，怎么去使用呢？

第一次机会:
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;在son.m中重写resolveInstanceMethod:方法，使用class_addMethod()增加method方法的实现：

// son.m
#import "Son.h"
#import "Father.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Son
void method(id self, SEL _cmd){ 
     NSLog(@"son method");
}
+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
 if (sel == @selector(method)) { 
     class_addMethod(self, sel, (IMP)method, "v@:" ); 
     return YES;
 }
 return [super resolveInstanceMethod:sel];}@end

可以看到已经成功执行method方法：

第一次机会实现son method.png

第二次机会:
-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

在son.m中重写forwardingTargetForSelector:方法，返回能相应method方法的实例，更换消息的接收者。下面就是让father实例接收method方法：

// son.m
#import "Son.h"
#import "Father.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Son
-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{ 
     return [[Father alloc] init];
}
@end

然后在father.m中实现method方法：

// father.m
#import "Father.h"
@implementation Father
-(void)method{ 
       NSLog(@"Father method");
}
end

惊讶地发现，son实例调用method方法，却是father实现去相应method方法：

第二次机会实现son method.png

第三次机会:
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation

在son.m中，重写-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector方法，返回一个method方法的签名，并在forwardInvocation:方法中，指定方法的响应者：

// Son.m
#import "Son.h"
#import "Father.h"
#import <objc/runtime.h>
@implementation Son
-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{ 
                        NSString *sel = NSStringFromSelector(aSelector); 
                        if([sel isEqualToString:@"method"]){ 
                            //手动为method方法添加签名 
                            return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"]; 
                        } 
                        return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{ 
       SEL selector = [anInvocation selector]; //新建需要接受消息的对象 
       Father *father = [[Father alloc] init]; 
       if([father respondsToSelector:selector]){ 
          //接收对象唤醒方法 
         [anInvocation invokeWithTarget:father]; 
        }
}
@end

最终的结果还是father响应了method方法：

第三次机会实现son method.png

那消息转发有什么用？

在日常开发中，使用消息转发的场景并不多，大多数是防止程序Crash。当然，你也可以直接调用_objc_msgForward，这样会告诉msgSend方法，直接进入消息转发。著名的热修复工具JSPath，就是直接调用_objc_msgForward实现的。

OC中的消息转发大致如此，有什么问题可以留言，我们共同探讨哦。

OC中的消息转发机制

究竟在msgSend方法中做了什么？

在类中寻找IMP

消息转发

那消息转发有什么用？

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