objc_class中的cache_t
目标
主要分析cache_t流程，对象的属性、方法都会被iOS的缓存机制缓存下来，下次调用会从缓存中查找，缓存的功能流程主要是从一下三个环节分析：
- macOS i386
- 模拟器 : x86
- 真机 : arm64
一、cache_t的整体执行流程
cache_t功能流程.png
cache_t中的字段：
_buckets：数组，是bucket_t结构体的数组，bucket_t是用来存放方法的SEL内存地址和IMP的;
_mask的大小是数组大小 - 1，用作掩码。（因为这里维护的数组大小都是2的整数次幂，所以_mask的二进制位000011, 000111, 001111）刚好可以用作hash取余数的掩码。刚好保证相与后不超过缓存大小。
_occupied是当前已缓存的方法数。即数组中已使用了多少位置。
_maskAndBucket是mask和bucket的结合体，提升了性能和效率；
源码
struct cache_t {
explicit_atomic<struct bucket_t *> _buckets;
explicit_atomic<mask_t> _mask;
public: //对外公开可以调用的方法
static bucket_t *emptyBuckets();
struct bucket_t *buckets();
mask_t mask();
mask_t occupied();
......
}
struct bucket_t {
explicit_atomic<uintptr_t> _imp;
explicit_atomic<SEL> _sel;
public:
inline SEL sel() const { return _sel.load(memory_order::memory_order_relaxed); }
inline IMP imp(Class cls) const {
uintptr_t imp = _imp.load(memory_order::memory_order_relaxed);
if (!imp) return nil;
}
cache属性的获取，需要通过pclass的首地址平移16字节，即首地址+0x10获取cache的地址
LLDB调试流程.png
- 从源码的分析中，我们知道
sel-imp是在cache_t的_buckets属性中（目前处于macOS环境），而在cache_t结构体中提供了获取_buckets属性的方法buckets(); - 获取了
_buckets属性，就可以获取sel-imp了，这两个的获取在bucket_t结构体中同样提供了相应的获取方法sel()以及imp(pClass).
cache的缓存原理及内存计算方式
缓存过程主要步骤：
1 、计算当前bucket占用量；
2 、根据bucket在buckets中的占用比，开辟空间
3、根据cache_hash方法，计算sel-imp存储的哈希下标，存入sel, imp, cls
cache_t::insert流程.png
ALWAYS_INLINE
void cache_t::insert(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver)
{
#if CONFIG_USE_CACHE_LOCK
cacheUpdateLock.assertLocked();
#else
runtimeLock.assertLocked();
#endif
ASSERT(sel != 0 && cls->isInitialized());
/*
step1 创建临时变量 newOccupied ，oldCapacity
*/
mask_t newOccupied = occupied() + 1;
unsigned oldCapacity = capacity(), capacity = oldCapacity;
/*
step2 进行buckets的计算
*/
if (slowpath(isConstantEmptyCache())) {
// Cache is read-only. Replace it.
if (!capacity) capacity = INIT_CACHE_SIZE;
reallocate(oldCapacity, capacity, /* freeOld */false);
}
else if (fastpath(newOccupied + CACHE_END_MARKER <= capacity / 4 * 3)) { // 4 3 + 1 bucket cache_t
//如果小于等于占用内存的3 /4 则什么都不用做。
}
else {
//扩容原因：第一次申请开辟的内存容量是 4 ，如果已经有3个bucket插入到cache里面，再次插入一个就会存满这个容量，为了保证读取的正确性，就对其进行扩容
// 扩容算法：有capacity时扩容为两倍，没有就初始化为INIT_CACHE_SIZE 也就是4
capacity = capacity ? capacity * 2 : INIT_CACHE_SIZE;
if (capacity > MAX_CACHE_SIZE) {
capacity = MAX_CACHE_SIZE;
}
reallocate(oldCapacity, capacity, true);
// 内存 库容完毕
}
/*
step3 计算好容量之后，进行插入sel imp class
*/
bucket_t *b = buckets();
mask_t m = capacity - 1;
mask_t begin = cache_hash(sel, m); //求cache的hash ，通过计算得到sel存储的下标
mask_t i = begin;
//遍历操作
do {
// 如果sel 不存在就将sel存进去
if (fastpath(b[i].sel() == 0)) {
incrementOccupied(); //Occupied ++
b[i].set<Atomic, Encoded>(sel, imp, cls); //存入 sel imp cls
return;
}
// 如果sel 存在就返回
if (b[i].sel() == sel) {
return;
}
} while (fastpath((i = cache_next(i, m)) != begin));
cache_t::bad_cache(receiver, (SEL)sel, cls);
}
补充
| cache | 缓存 |
|---|---|
| bucket | 桶，一桶的量 |
| mask | 面具；subnet mask ,子网掩码 |
| occupied | 已占用的；使用中的 |
| capacity | 容量； 能力 |
| shift | 转移, 移位 |
| reallocate | 重新分配 |
| increment | 增量 |
内存计算主要是根据cache_hash方法，即哈希算法，计算sel-imp存储的哈希下标，分为以下三种情况：
如果哈希下标的位置未存储sel，即该下标位置获取sel等于0，此时将sel-imp存储进去，并将occupied占用大小加1
如果当前哈希下标存储的sel 等于 即将插入的sel，则直接返回
如果当前哈希下标存储的sel不等于 即将插入的sel，则重新经过cache_next方法 即哈希冲突算法，重新进行哈希计算，得到新的下标，再去对比进行存储
cache_hash：哈希算法
static inline mask_t cache_hash(SEL sel, mask_t mask)
{
return (mask_t)(uintptr_t)sel & mask; // 通过sel & mask（mask = cap -1）
}
cache_next：哈希冲突算法
#if __arm__ || __x86_64__ || __i386__
// objc_msgSend has few registers available.
// Cache scan increments and wraps at special end-marking bucket.
#define CACHE_END_MARKER 1
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
return (i+1) & mask; //（将当前的哈希下标 +1） & mask，重新进行哈希计算，得到一个新的下标
}
#elif __arm64__
// objc_msgSend has lots of registers available.
// Cache scan decrements. No end marker needed.
#define CACHE_END_MARKER 0
static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) {
return i ? i-1 : mask; //如果i是空，则为mask，mask = cap -1，如果不为空，则 i-1，向前插入sel-imp
}
总结
什么时候触发cache缓存机制
objc_msgSend第一次发送消息会触发方法查找，找到方法后会调用cache_fill()方法把方法缓存到cache中,这个在后面分析方法的本质的时候会提到。
