01·iOS 面试题·项目中用过 Runtime 吗？
前言
我们知道静态语言在编译时期，就已经确定了函数的具体调用，而动态语言要等到运行时期才能真正确定调用哪个函数； Objective-C 是一门动态语言，它是通过 Runtime 这个运行时机制来实现的。
虽然说 Runtime 是相对于底层的机制，但是在项目过程中也经常用来解决一些问题。下面我们就来看看利用 Runtime 可以解决项目中什么问题。
项目中用 Runtime 实现的功能
利用关联对象为分类增加伪属性
在项目的开发中，经常会遇到要为已经存在的类添加属性。面对这种情况，我们一般都是创建一个分类，来实现为已有的类增加属性，但是由于分类结构的特殊性，在分类添加属性，并不会为我们自动创建实例变量和存储方法。
首先我们要知道，常规定义一个 @property，其实编译器会为我们做三件事情：
- 生成实例变量 _property
- 生成 getter 方法
- 生成 setter 方法
但是，在分类中并不会帮我们去生成实例变量和存取方法，所以我们需要自己去实现存取方法，这里我们会通过关联对象去将键值关联到对象上面去，以下是代码示例：
@property (nonatomic, strong) NSString *title;
- (NSString *)title {
return objc_getAssociatedObject(self, _cmd);
}
- (void)setTitle:(NSString *)title {
objc_setAssociatedObject(self, @selector(title), title, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}
这个我们暂时只讲如何通过关联对象为分类增加伪属性，至于分类为什么不会为我们自动添加实例变量和存取方法，以及关联对象的实现原理等，我们会在后面的面试题继续涉及到这一话题。
利用 Method Swizzling 交换方法
我们可以用 Method Swizzling 来交换两个方法的实现，以便达到 Hook 的效果；例如交换 ViewController 生命周期方法来实现页面埋点，或者在不影响原有的功能增加一些特殊的功能。
交换方法主要是利用到 Runtime 中的class_addMethod 、class_replaceMethod、method_exchangeImplementations 方法来实现的，以下是 Method Swizzling 代码示例：
/**
交换方法
*/
+ (void)pxy_swizzleMethodWithOriginalSelector:(SEL)originalSelector swizzledSelector:(SEL)swizzledSelector {
Class class = [self class];
SEL originalSeletor = originalSelector;
SEL swizzledSeletor = swizzledSelector;
Method originMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSeletor);
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSeletor);
//先尝试給源SEL添加IMP，这里是为了避免源SEL没有实现IMP的情况
BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSeletor, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
if (didAddMethod) {
//添加成功：说明源SEL没有实现IMP，将源SEL的IMP替换到交换SEL的IMP
class_replaceMethod(class, swizzledSeletor, method_getImplementation(originMethod), method_getTypeEncoding(originMethod));
} else {
//添加失败：说明源SEL已经有IMP，直接将两个SEL的IMP交换即可
method_exchangeImplementations(originMethod, swizzledMethod);
}
}
利用 class_copyIvarList 实现 NSCoding 的自动归档解档
在利用 NSKeyedArchiver 归档解档对象的时候，对象 Model 需要实现 NSCoding 协议，并且要实现 encodeWithCoder、initWithCoder 两个方法，在这两个方法中要为每个属性进行 code 和 encode，不然就会 crash。
在项目开发过程中，经常会出现 Model 中的属性会变更，这个时候总是会忘记去修改对应的属性 code 和 encode，这里就会导致 crash；为了避免这个现象和让 Model 中的方法更加简洁可控，这里我们会利用 class_copyIvarList 来获取对象中的成员变量列表，然后利用 KVC 来 code 和 encode。实例代码如下：(这里我们将这个通用的代码抽象成宏，这样子在需要的 Model 中直接调用就可以了)
#define PXYNSCodingRuntime_EncodeWithCoder(Class) \
unsigned int outCount = 0;\
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Class class], &outCount);\
for (int i = 0; i < outCount; i++) {\
Ivar ivar = ivars[i];\
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];\
[aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key];\
}\
free(ivars);\
\
#define PXYNSCodingRuntime_InitWithCoder(Class)\
if (self = [super init]) {\
unsigned int outCount = 0;\
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Class class], &outCount);\
for (int i = 0; i < outCount; i++) {\
Ivar ivar = ivars[i];\
NSString *key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];\
id value = [aDecoder decodeObjectForKey:key];\
if (value) {\
[self setValue:value forKey:key];\
}\
}\
free(ivars);\
}\
return self;\
\
// 对应调用
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder {
PXYNSCodingRuntime_EncodeWithCoder(Father)
}
- (nullable instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder {
PXYNSCodingRuntime_InitWithCoder(Father)
}
利用 objc_allocateClassPair、object_setClass 等 API 来实现 KVO Block
在项目中，会经常使用 KVO 来监听某个属性的变化。先给出系统调用的方式，添加监听后，在 observeValueForKeyPath 方法中处理变化：
- (void)addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
NSLog(@"%@ 对象的 %@ 属性改变了：%@",object,keyPath,change);
}
但是在开发过程中，有时候想将代码增加内聚性和在 observeValueForKeyPath 减少判断，我们可以通过 Runtime 来实现一个 KVO Block，这样调用地方即处理消息的地方，代码上比较直观，简单 API 如下：
typedef void(^PXYKVOCompleteBlock)(id observer, NSString *keyPath, id oldValue, id newValue);
/**
添加 KVO Block
*/
- (void)pxy_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath completeBlock:(PXYKVOCompleteBlock)completeBlock;
/**
移除 KVO Block
*/
- (void)pxy_removeObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath;
KVO 主要是动态派生出一个中间类，然后在这个中间类处理相关通知逻辑，具体代码可以 Demo 中的 NSObject+PXYKVO 具体实现；
利用消息转发机制实现多播委托（蹦床模式）
首先，在对象收到无法处理的消息之后，会执行消息转发，消息转发有三个步骤：
- 调用
resolveInstanceMethod方法。动态方法解析，这里会给类使用class_addMethod来增加方法的机会。 - 调用
forwardingTargetForSelector方法，看是否有备用接收者，将消息转发给备用接收者处理。 - 调用
methodSignatureForSelector和forwardInvocation方法，进行完成的消息转发。
如果经过上面三个步骤，还不能正确处理消息，程序就会走 doesNotRecognizeSelector 方法，crash 掉。
蹦床模式：就是把一条消息 “反弹” 到另外一个对象，蹦床一般使用 forwardInvocation 来实现。
在项目开发中，事件回调一般使用：Block、Delegate、NSNotificationCenter；但是在多个模块需要监听一个事件的场景：使用通知会将项目变得不可控，因为任何一个地方都可以监听这个通知，在排查问题的时候就会变得异常困难，这个时候我们可以使用多播委托，实现一对多回调。
大致原理：实现一个管理类，将需要回调的对象注册进来，然后将事件消息发送给这个管理类，由于这个管理类是没有实现委托方法的，就不能正常处理这个消息，这个时候就会走消息转发流程；然后我们通过消息转发流程，将消息转发到注册进来的对象中去，这样子就要可以实现我们的多播委托了。
具体代码可以看 Demo 中的 PXYMulticastDelegate 多播委托实现类。
总结
Objective-C 利用 Runtime 运行时变成一门动态语言，在开发过程中，使用 Runtime 相关 API 可以实现一些很强大的功能，这里我们简单讲到使用 Runtime 完成为分类增加伪属性、利用 Method SWizzling 来 Hook 方法、实现 NSCoding 自动归档解档、实现 KVO Block、多播委托。
当然还可以实现更多的功能，比如字典模型之间的转换、页面无侵入埋点、监听 App 网络流量等等。
还有可以实现什么好玩的功能，欢迎留言，感激不尽。
参考文献
Objective-C Associated Objects 的实现原理
