runtime的到底是什么？

一、什么是runtime

OC是对C语言的扩展，加入了面向对象和消息发送机制，Runtime是OC的一个核心，是用C语言和汇编语言编写。OC是动态运行时语言，在运行时确定一个对象的类型、调用哪个对象的方法，因此需要Runtime来做类和对象的动态创建，消息传递和消息转发等。OC代码最终会转换成Runtime库中对应的函数结构体。任何语言最终都会被编译为汇编语言，再汇编为机器语言，OC到可执行文件编译过程

OC->Runtime->C->汇编->可执行文件。

二、Runtime源码分析

runtime源码下载
command+runtime.h点击进入头文件查看头文件源码：
1、主要的结构体定义，定义了方法结构体、成员变量结构体、分类结构体、属性结构体、类的结构体及其他一些函数定义：

//方法结构体
typedef struct objc_method *Method;
//成员变量结构体
typedef struct objc_ivar *Ivar;
//分类结构体
typedef struct objc_category *Category;

//属性结构体
typedef struct objc_property *objc_property_t;
//这个结构体管理了OC中对应的一个类
struct objc_class {
    //指向该类的元类
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
    //父类
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    //当前类名称
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    //存放成员变量列表
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    //存放实例方法列表
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    //对象缓存
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    //协议列表
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
} OBJC2_UNAVAILABLE;

2、objc_method结构体

struct objc_method {
    SEL _Nonnull method_name        //实列方法名称
    char * _Nullable method_types     //方法类型
    IMP _Nonnull method_imp           //对应的方法实现
}  

3、objc_ivar结构体：

struct objc_ivar {
    char * _Nullable ivar_name  //成员变量名称
    char * _Nullable ivar_type  //类型
    int ivar_offset             //偏移量
#ifdef __LP64__
    int space                   
#endif
}   

4、objc_category结构体

struct objc_category {
    char * _Nonnull category_name    //分类名称
    char * _Nonnull class_name     //原类名称
    struct objc_method_list * _Nullable instance_methods //实例方法列表
    struct objc_method_list * _Nullable class_methods    //类方法列表
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols      //协议列表
} 

5、objc_property结构体

typedef struct {
    const char * _Nonnull name;    //属性名称
    const char * _Nonnull value;   //属性值
} objc_property_attribute_t;

6、objc_cache结构体：

struct objc_cache {
    unsigned int mask             //指定分配的缓存bucket的总数，
    unsigned int occupied         //指定实际占用的缓存bucket的总数
    Method _Nullable buckets[1]   //指向Method数据结构指针的数组，缓存的方法列表
};

三、Runtime消息传递

方法的调用[p eat]，会被编译器转成runtime库中的objc_msgSend调用的方式来执行，即：

[p eat] 转
objc_msgSend(p, sel_registerName("eat"))。

第一步：对象通过isa指针找到它所继承的类class；
第二步：在class的method_list中查找对应的方法；
第三步：如果未查找到当前方法，会向superclass类中查找，直到找到当前调用的方法。

如果每次调用方法都需要遍历，系统消耗比较大，因此需要对常用的方法做缓存操作，每次查找先找缓存，就可以避免大量的无效操作。
每一个对象都存在一个isa指针，指向对象的类，类也是一个对象也存在一个isa指针指向元类，元类指向根元类，根元类指向自己。类中保存所有的实列方法，元类保存了所有类方法。方法查找过程：

image

四、Runtime消息转发

使用对象调用一个方法时，系统会查看这个对象是否能够接受到这个消息，如果接受不到一般情况会崩溃，在崩溃之前会依次调用一下几个方法：
1、解决实列方法和类方法

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;

2、消息转发

-(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

3、消息签名

-(NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
-(void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

方法执行流程：

image

因此在崩溃之前，我们可以在以上几个方法中处理解决崩溃问题。

+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    NSLog(@"1、resolveInstanceMethod:%@",NSStringFromSelector(sel));
    if (![self respondsToSelector:sel]) {
        class_addMethod(self.class, sel, (IMP)noMethod, "");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
void noMethod(Class cls,SEL _cmd){
    NSLog(@"我是一个没实现的方法");
}

五、Runtime实际应用

1、方法交换

+ (void)load {
    //原本的viewWillAppear方法
    Method viewWillAppear = class_getInstanceMethod(self, @selector(viewWillAppear:));
    //需要替换成 能够输出日志的viewWillAppear
    Method logViewWillAppear = class_getInstanceMethod(self, @selector(logViewWillAppear:));
    //两方法进行交换
    method_exchangeImplementations(viewWillAppear, logViewWillAppear);
}
- (void)logViewWillAppear:(BOOL)animated {
    NSString *className = NSStringFromClass([self class]);
    //在这里，你可以进行过滤操作，指定哪些viewController需要打印，哪些不需要打印
    if ([className hasPrefix:@"UI"] == NO) {
        NSLog(@"%@ will appear",className);
    }
    //下面方法的调用，其实是调用viewWillAppear
    [self logViewWillAppear:animated];
}

2、动态获取对象的属性，私有属性，修改属性值

相关函数：

SEL method_getName(Method m);//由Method得到SEL
IMP method_getImplementation(Method m);//由Method得到IMP函数指针
const char *method_getTypeEncoding(Method m);//由Method得到类型编码信息
unsigned int method_getNumberOfArguments(Method m);//获取参数个数
char *method_copyReturnType(Method m);//得到返回值类型名称
IMP method_setImplementation(Method m, IMP imp);//为该方法设置一个新的实现

获取所有方法列表：

unsigned int methodCount = 0;
Method *methodList = class_copyMethodList([self class], &methodCount);
NSLog(@"%d",methodCount);
NSMutableArray *methodArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:methodCount];
for (int i=0; i<methodCount; i++) {
  Method temp = methodList[i];
  SEL name = method_getName(temp);
  const char *name_s = sel_getName(name);
  NSLog(@"name:%s",name_s);
}

获取所有属性并修改属性值：

unsigned int count = 0;
Ivar *ivarList = class_copyIvarList(self.class, &count);
for (int i=0; i<count; i++) {
    Ivar ivar = ivarList[i];
    const char *ivarAddresss = ivar_getName(ivar);
    const char *ivarType = ivar_getTypeEncoding(ivar);
    NSString *address = [NSString stringWithUTF8String:ivarAddresss];
    NSLog(@"%d :ivarAddresss:%s  ivarType:%s",i,ivarAddresss,ivarType);
    //修改属性值
    if ([address isEqualToString:@"_ivar_name"]) {
        object_setIvar(self, ivar, @"123456");
    }
}
NSLog(@"_ivar_name:%@",_ivar_name);

3、给分类添加属性

1、给对象关联一个属性
objc_setAssociatedObject(array, &array_key, dic, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
2、通过绑定key获取关联对象
NSDictionary *di = objc_getAssociatedObject(array, &array_key);
3、移除关联对象
objc_setAssociatedObject(array, &array_key, nil, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
4、移除所有关联对象
objc_removeAssociatedObjects(array);

UIButton+Property.h：

#import <UIKit/UIKit.h>

typedef void(^ButtonEventBlock)(UIButton *response);
@interface UIButton (Property)
@property (nonatomic,strong) NSString *ids;
@property (nonatomic,strong) ButtonEventBlock clickBlock;

@end

UIButton+Property.m：

#import "UIButton+Property.h"
#import <objc/runtime.h>

const NSString *button_property_ids = @"button_property_ids";
const NSString *button_property_click_event = @"button_property_click_event";
@implementation UIButton (Property)
-(instancetype)init{
    self = [super init];
    if (self) {
        [self addTarget:self action:@selector(clickBtnEvent:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
    return self;
}
-(instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame{
    self = [super initWithFrame:frame];
    if (self) {
        [self addTarget:self action:@selector(clickBtnEvent:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
    return self;
}
-(void)setIds:(NSString *)ids{
    objc_setAssociatedObject(self, &button_property_ids, ids, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
-(NSString *)ids{
    return objc_getAssociatedObject(self, &button_property_ids);
}
-(void)setClickBlock:(ButtonEventBlock)clickBlock{
    objc_setAssociatedObject(self, &button_property_click_event, clickBlock, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
-(ButtonEventBlock)clickBlock{
    return objc_getAssociatedObject(self, &button_property_click_event);
}
//击事件中调用方法把点击事件通过代码块传递出去
-(void)clickBtnEvent:(UIButton *)button{
    ButtonEventBlock block = [self clickBlock];
    if (block) {
        block(button);
    }
}
@end

调用：

UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-100)/2, 200, 100, 40);
button.backgroundColor = [UIColor redColor];
button.ids = @"hibo";
[button setTitle:@"点击" forState:UIControlStateNormal];
[self.view addSubview:button];
button.clickBlock = ^(UIButton *response) {
    NSLog(@"代码块实现点击事件回调：%@",response.titleLabel.text);
};