RUNTIME归纳总结

Objective-C 是一个动态语言，这意味着它不仅需要一个编译器，也需要一个运行时系统来动态得创建类和对象、进行消息传递和转发。而Runtime承担了这一功能 ，runtime的核心 - 消息传递 （Messaging）。详细参考

Runtime消息传递

一个对象的方法像这样[obj foo]，编译器转成消息发送objc_msgSend(obj, foo)，Runtime时执行的流程是这样的：

首先，通过obj的isa指针找到它的class;

在class的method list找foo;

如果class中没到foo，继续往它的superclass中找 ;

一旦找到foo这个函数，就去执行它的实现IMP。

但这种实现有个问题，效率低。但一个class往往只有20%的函数会被经常调用，可能占总调用次数的80%。每个消息都需要遍历一次objc_method_list并不合理。如果把经常被调用的函数缓存下来，那可以大大提高函数查询的效率。这也就是objc_class中另一个重要成员objc_cache做的事情 - 再找到foo之后，把foo的method_name作为key，method_imp作为value给存起来。当再次收到foo消息的时候，可以直接在cache里找到，避免去遍历objc_method_list。从前面的源代码可以看到objc_cache是存在objc_class结构体中的。

那消息传递是怎么实现的呢？我们看看对象(object)，类(class)，方法(method)这几个的结构体：

系统首先找到消息的接收对象，然后通过对象的isa找到它的类。

在它的类中查找method_list，是否有selector方法。

没有则查找父类的method_list。

找到对应的method，执行它的IMP。

转发IMP的return值。

类对象(objc_class)

Objective-C类是由Class类型来表示的，它实际上是一个指向objc_class结构体的指针。

struct objc_class结构体定义了很多变量，通过命名不难发现，

结构体里保存了指向父类的指针、类的名字、版本、实例大小、实例变量列表、方法列表、缓存、遵守的协议列表等，

一个类包含的信息也不就正是这些吗？没错，类对象就是一个结构体struct objc_class，这个结构体存放的数据称为元数据(metadata)，

该结构体的第一个成员变量也是isa指针，这就说明了Class本身其实也是一个对象，因此我们称之为类对象，类对象在编译期产生用于创建实例对象，是单例。

实例(objc_object)
类对象中的元数据存储的都是如何创建一个实例的相关信息，那么类对象和类方法应该从哪里创建呢？

就是从isa指针指向的结构体创建，类对象的isa指针指向的我们称之为元类(metaclass)，

元类中保存了创建类对象以及类方法所需的所有信息

元类(Meta Class)是一个类对象的类。

在上面我们提到，所有的类自身也是一个对象，我们可以向这个对象发送消息(即调用类方法)。

为了调用类方法，这个类的isa指针必须指向一个包含这些类方法的一个objc_class结构体。这就引出了meta-class的概念，元类中保存了创建类对象以及类方法所需的所有信息。

任何NSObject继承体系下的meta-class都使用NSObject的meta-class作为自己的所属类，而基类的meta-class的isa指针是指向它自己。

Method(objc_method)

Method和我们平时理解的函数是一致的，就是表示能够独立完成一个功能的一段代码，比如：

- (void)logName{NSLog(@"name");}

这段代码，就是一个函数。

我们来看下objc_method这个结构体的内容：

SEL method_name 方法名

char *method_types 方法类型

IMP method_imp 方法实现

在这个结构体重，我们已经看到了SEL和IMP，说明SEL和IMP其实都是Method的属性。

SEL(objc_selector)

先看下定义

Objc.h/// An opaque type that represents a method selector.代表一个方法的不透明类型typedefstructobjc_selector*SEL;

objc_msgSend函数第二个参数类型为SEL，它是selector在Objective-C中的表示类型（Swift中是Selector类）。selector是方法选择器，可以理解为区分方法的ID，而这个ID的数据结构是SEL:

@propertySEL selector;

可以看到selector是SEL的一个实例。

A method selector is a C string that has been registered (or“mapped“) with the Objective-C runtime. Selectors generated by the compiler are automatically mapped by the runtimewhentheclassisloaded.

其实selector就是个映射到方法的C字符串，你可以用Objective-C编译器命令@selector()或者Runtime系统的sel_registerName函数来获得一个SEL类型的方法选择器。

selector既然是一个string，我觉得应该是类似className+method的组合，命名规则有两条：

同一个类，selector不能重复

不同的类，selector可以重复

这也带来了一个弊端，我们在写C代码的时候，经常会用到函数重载，就是函数名相同，参数不同，但是这在Objective-C中是行不通的，因为selector只记了method的name，没有参数，所以没法区分不同的method。

在不同类中相同名字的方法所对应的方法选择器是相同的，即使方法名字相同而变量类型不同也会导致它们具有相同的方法选择器。

IMP

看下IMP的定义

/// A pointer to the function of a method implementation.  指向一个方法实现的指针typedefid(*IMP)(id, SEL, ...);#endif

就是指向最终实现程序的内存地址的指针。

在iOS的Runtime中，Method通过selector和IMP两个属性，实现了快速查询方法及实现，相对提高了性能，又保持了灵活性。

类缓存(objc_cache)

当Objective-C运行时通过跟踪它的isa指针检查对象时，它可以找到一个实现许多方法的对象。然而，你可能只调用它们的一小部分，并且每次查找时，搜索所有选择器的类分派表没有意义。所以类实现一个缓存，每当你搜索一个类分派表，并找到相应的选择器，它把它放入它的缓存。所以当objc_msgSend查找一个类的选择器，它首先搜索类缓存。这是基于这样的理论：如果你在类上调用一个消息，你可能以后再次调用该消息。

为了加速消息分发， 系统会对方法和对应的地址进行缓存，就放在上述的objc_cache，所以在实际运行中，大部分常用的方法都是会被缓存起来的，Runtime系统实际上非常快，接近直接执行内存地址的程序速度。

Category(objc_category)

Category是表示一个指向分类的结构体的指针，分类中可以添加实例方法，类方法，甚至可以实现协议，添加属性，不可以添加成员变量。

Runtime消息转发

前文介绍了进行一次发送消息会在相关的类对象中搜索方法列表，如果找不到则会沿着继承树向上一直搜索知道继承树根部（通常为NSObject），如果还是找不到并且消息转发都失败了就回执行doesNotRecognizeSelector:方法报unrecognized selector错。那么消息转发到底是什么呢？接下来将会逐一介绍最后的三次机会。

动态方法解析

备用接收者

完整消息转发

动态方法解析

首先，Objective-C运行时会调用+resolveInstanceMethod:或者+resolveClassMethod:，让你有机会提供一个函数实现。如果你添加了函数并返回YES， 那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程。

备用接收者

如果目标对象实现了-forwardingTargetForSelector:，Runtime这时就会调用这个方法，给你把这个消息转发给其他对象的机会。

完整消息转发

如果在上一步还不能处理未知消息，则唯一能做的就是启用完整的消息转发机制了。

首先它会发送-methodSignatureForSelector:消息获得函数的参数和返回值类型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil，Runtime则会发出-doesNotRecognizeSelector:消息，程序这时也就挂掉了。如果返回了一个函数签名，Runtime就会创建一个NSInvocation对象并发送-forwardInvocation:消息给目标对象。

Runtime应用

Runtime简直就是做大型框架的利器。它的应用场景非常多，下面就介绍一些常见的应用场景。

关联对象(Objective-C Associated Objects)给分类增加属性

方法魔法(Method Swizzling)方法添加和替换和KVO实现

消息转发(热更新)解决Bug(JSPatch)

实现NSCoding的自动归档和自动解档

实现字典和模型的自动转换(MJExtension)

KVO实现

全称是Key-value observing，翻译成键值观察。提供了一种当其它对象属性被修改的时候能通知当前对象的机制。再MVC大行其道的Cocoa中，KVO机制很适合实现model和controller类之间的通讯。

KVO的实现依赖于Objective-C强大的Runtime，当观察某对象A时，KVO机制动态创建一个对象A当前类的子类，并为这个新的子类重写了被观察属性keyPath的setter方法。setter方法随后负责通知观察对象属性的改变状况。

Apple使用了isa-swizzling来实现KVO。当观察对象A时，KVO机制动态创建一个新的名为：NSKVONotifying_A的新类，该类继承自对象A的本类，且KVO为NSKVONotifying_A重写观察属性的setter方法，setter方法会负责在调用原setter方法之前和之后，通知所有观察对象属性值的更改情况。

在这个过程，被观察对象的isa指针从指向原来的A类，被KVO机制修改为指向系统新创建的子类NSKVONotifying_A类，来实现当前类属性值改变的监听；

所以当我们从应用层面上看来，完全没有意识到有新的类出现，这是系统“隐瞒”了对KVO的底层实现过程，让我们误以为还是原来的类。但是此时如果我们创建一个新的名为“NSKVONotifying_A”的类，就会发现系统运行到注册KVO的那段代码时程序就崩溃，因为系统在注册监听的时候动态创建了名为NSKVONotifying_A的中间类，并指向这个中间类了。

子类setter方法剖析

KVO的键值观察通知依赖于 NSObject 的两个方法:willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:，在存取数值的前后分别调用 2 个方法：

被观察属性发生改变之前，willChangeValueForKey:被调用，通知系统该keyPath的属性值即将变更；

当改变发生后，didChangeValueForKey:被调用，通知系统该keyPath的属性值已经变更；之后，observeValueForKey:ofObject:change:context:也会被调用。且重写观察属性的setter方法这种继承方式的注入是在运行时而不是编译时实现的。

KVO为子类的观察者属性重写调用存取方法的工作原理在代码中相当于：

- (void)setName:(NSString*)newName {     

[selfwillChangeValueForKey:@"name"];//KVO 在调用存取方法之前总调用

[supersetValue:newName forKey:@"name"];//调用父类的存取方法 [selfdidChangeValueForKey:@"name"];//KVO 在调用存取方法之后总调用}

消息转发(热更新)解决Bug(JSPatch)

JSPatch是一个 iOS 动态更新框架，只需在项目中引入极小的引擎，就可以使用 JavaScript 调用任何 Objective-C 原生接口，获得脚本语言的优势：为项目动态添加模块，或替换项目原生代码动态修复 bug。

关于消息转发，前面已经讲到过了，消息转发分为三级，我们可以在每级实现替换功能，实现消息转发，从而不会造成崩溃。JSPatch不仅能够实现消息转发，还可以实现方法添加、替换能一系列功能。

实现NSCoding的自动归档和自动解档

原理描述：用runtime提供的函数遍历Model自身所有属性，并对属性进行encode和decode操作。

核心方法：在Model的基类中重写方法：

实现字典和模型的自动转换(MJExtension)

原理描述：用runtime提供的函数遍历Model自身所有属性，如果属性在json中有对应的值，则将其赋值。

核心方法：在NSObject的分类中添加方法