简述runtime

1、runtime概述
OC在三种层面上和runtime系统进行交互：
（1）通过OC源代码；
（2）通过Foundation框架的NSObject类定义的方法；
（3）通过Runtime库函数的直接调用。

runtime的常见作用主要有以下几类：
（1）动态交换两个方法的实现；
（2）动态添加属性；
（3）实现字典转模型的自动转换；
（4）发送消息；
（5）动态添加方法；
（6）拦截并替换方法；
（7）实现NSCoding的自动归档和解档。

2、简述runtime消息传递
原理：对象根据方法编号SEL去映射的方法列表中查找对应的方法实现。消息传递机制中的核心函数，叫做objc_msgSend()。
调用流程：
（1）OC在向一个对象发送消息时，runtime库会根据对象的isa指针找到该对象对应的类或其父类中查找方法；
（2）注册方法编号（这里用方法编号的好处，可以快速查找）；
（3）根据方法编号去查找对应方法；
（4）找到的只是最终函数的实现地址，根据地址去方法调用区调用对应函数。

3、runtime消息转发
我们先来看一个例子！
声明一个继承于NSObject的Person类，其内部未添加任何属性和方法。在ViewController中这样调用：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    Person * p = [Person new];
    [p performSelector:@selector(run) withObject:nil];
}

很明显，运行时项目会崩溃：

-[Person run]: unrecognized selector sent to instance 0x170004a70

在编译期向类发送了其无法理解的消息并不会报错，因为在运行期可以继续想类中添加方法，所以编译器在编译时还无法确定类中到底有没有这个方法的实现。当对象接收到无法解读的消息后，就会启动“消息转发”机制。消息转发机制中的核心函数，叫做_objc_msgForward。消息转发主要分为两大阶段：
（1）动态方法解析
第一阶段先征询接收者所在的类，看其是否能动态添加方法，以处理当前这个未知的选择器方法。
对象在收到无法解读的消息后，首先将调用其所属类的这个类方法：+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel。加入尚未实现的方法不是实力方法而是类方法，那么运行期系统会调用方法：+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel。使用这种办法的前提是：相关方法的实现代码已经写好，只等着运行的时候动态插在类里面就可以了。
继续上面的例子说明：在Person类中动态添加方法实现

#import "Person.h"
#import <objc/message.h>

@implementation Person

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(run)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)run, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super instanceMethodForSelector:sel];
}

void run(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"Person跑了！");
}

运行结果为：

Person跑了！

（2）涉及完整的消息转发机制
第二阶段又细分为两小步。
（2.1）备用接收者
首先，请接收者看看有没有其他对象能处理这条消息。若有，则运行期系统会把消息转给那个对象，于是消息转发过程结束，一切正常。该步骤对应的处理方法为：- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector。
继续上面的例子说明：声明一个继承于NSObject的People类，其内部添加run方法：

#import "People.h"

@implementation People

- (void)run {
    NSLog(@"哈哈哈People跑了!");
}

@end

在Person类中实现如下：

#import "Person.h"
#import <objc/message.h>
#import "People.h"

@implementation Person

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    People * p = [People new];
    if ([p respondsToSelector:aSelector]) {
        return p;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

@end

运行结果为：

哈哈哈People跑了!

（2.2）完整的消息转发机制
若没有备用接收者，则运行期系统会把与消息有关的全部细节都封装到NSInvocation对象中，再给接收者最后一次机会处理这条消息。该步骤会调用下列方法来转发消息- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation。在调用该方法之前会调用- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector方法来获取这个选择器的方法签名，然后在forwardInvocation:方法中就可以通过anInvocation拿到相应信息做处理。
继续上面的例子说明：

#import "Person.h"
#import <objc/message.h>
#import "People.h"

@implementation Person

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(run)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    if (anInvocation.selector == @selector(run)) {
        [anInvocation invokeWithTarget:[People new]];
    }
}

@end

运行结果为：

哈哈哈People跑了!

注意：接收者在每一步中均有机会处理消息。步骤越往后，处理消息的代价就越大。最好能在第一步就处理完，这样的话，运行期系统就可以将此方法缓存起来了。如果该类的实例稍后还收到同名选择器方法，那么根本无需启动消息转发流程。若想在第三步里把消息转给别的接收者，还不如把转发操作提前到第二步，因为第三步只是修改了调用目标，放在第二步执行会更简单，不然还得创建并处理完整的NSInvocation。

4、+load 和 +initialize 方法
在OC中，runtime会自动调用+load和+initialize方法。

（1）+load方法
+load方法是在类被加载进内存的时候调用的，也就是一定会被调用，而且通常情况下只会调用一次。
它有一个非常重要的特性，就是子类、父类和category中的+load方法的实现是被区别对待的。换句话说，在OC的runtime自动调用+load方法时，category中的+load方法并不会对主类中的+load方法造成覆盖，类和category都执行。因此大部分情况下，我们都将Method Swizzling逻辑的实现放在+load方法中。

（2）+initialize方法
+initialize方法是在类或者其子类收到第一条消息之前被调用的，这里所指的消息包括实例方法和类方法的调用，也就是说+initialize方法是以懒加载的方式被调用的，在收到第一条消息前，可能永远不会被调用。而且它category中的实现会覆盖类中的方法，只执行category的实现。

（3）PS：补充
category中用@property描述的对象，只会生成set、get方法的声明，不会生成方法的实现，也不会生成下划线成员属性。
注意：category中一般只能添加方法，不能增加成员变量。但如果一定在类别中添加成员变量，可以通过runtime实现setter和getter方法，即objc_setAssociatedObject和objc_getAssociatedObject。

5、易混淆的概念
（1）isa
每个对象内部都有一个isa指针，指向它的真实类型，即找到这个对象所属的类。所以根据这个指针就能知道将来调用哪个类的方法。
PS：KVO的实现原理就是将观察对象的isa指针指向一个中间类而不是真实类型。

当一个对象的实例方法被调用的时候，会通过isa找到相应的类，然后在该类的class_data_bits_t中去查找方法。class_data_bits_t是指类对象的数据区域，在该数据区域内查找相应方法的对应实现。
对象的实例方法调用时，通过对象的isa在类中获取方法的实现。
类对象的类方法调用时，通过类的isa在元类中获取方法的实现。
元类：meta-class，它存储着一个类的所有方法。

（2）IMP
IMP是一个函数指针，指向的是这个函数的具体实现。在runtime中，消息传递和转发的目的就是为了找到IMP，并执行函数。

（3）Ivar
Ivar：成员变量，实例变量，以下划线开头或property属性。
class_copyPropertyList：获取类里面属性
class_copyIvarList：获取类中所有的成员变量
这里注意：只要有成员变量，就不会漏掉属性；如果只有属性，可能会漏掉成员变量。

（4）_cmd
SEL类型的一个变量，OC函数的前两个隐藏函数为self和_cmd。