iOS 底层原理

2021-02-21 本文已影响0人 smart_M

1.isa指针

在Objective-C中，任何类的定义都是对象。类和类的实例（对象）没有任何本质上的区别。
isa：是一个Class 类型的指针. 每个实例对象有个isa的指针,他指向对象的类，而Class里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时，先会从本身查找类方法的实现，如果没有，元类会向他父类查找该方法。同时注意的是：元类（meteClass）也是类，它也是对象。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass).根元类的isa指针指向本身，这样形成了一个封闭的内循环。

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每一个对象本质上都是一个类的实例。其中类定义了成员变量和成员方法的列表。对象通过对象的isa指针指向类。
每一个类本质上都是一个对象，类其实是元类（meteClass）的实例。元类定义了类方法的列表。类通过类的isa指针指向元类。
所有的元类最终继承一个根元类，根元类isa指针指向本身，形成一个封闭的内循环。

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2.runtime 运行时，动态方法交换

指一个程序在运行（或者在被执行）的状态。也就是说，当你打开一个程序使它在电脑上运行的时候，那个程序就是处于运行时刻。在一些编程语言中，把某些可以重用的程序或者实例打包或者重建成为“运行库"。这些实例可以在它们运行的时候被连接或者被任何程序调用。
objective-c中runtime：是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API。在我们平时编写的OC代码中, 程序运行过程时, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码。
[图片上传中...(image.png-34c412-1614049674020-0)]

//1 动态增加变量
@property (nonatomic, assign) BOOL isNotIgnore;
//runtime 动态绑定 属性
- (BOOL)isNotIgnore{
    //_cmd == @select(isIgnore); 和set方法里一致
    return [objc_getAssociatedObject(self, _cmd) boolValue];
}
- (void)setIsNotIgnore:(BOOL)isNotIgnore{
    // 注意BOOL类型 需要用OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 不要用错，否则set方法会赋值出错
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(isNotIgnore), @(isNotIgnore), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}


//2 对象方法的交换
/**
 *  对象方法的交换
 *
 *  @param anClass    哪个类
 *  @param method1Sel 方法1
 *  @param method2Sel 方法2
 */
+ (void)exchangeInstanceMethod:(Class)anClass method1Sel:(SEL)method1Sel method2Sel:(SEL)method2Sel {
    Method method1 = class_getInstanceMethod(anClass, method1Sel);
    Method method2 = class_getInstanceMethod(anClass, method2Sel);
    method_exchangeImplementations(method1, method2);
}

//3 动态类方法的交换
/**
 *  类方法的交换
 *
 *  @param anClass    哪个类
 *  @param method1Sel 方法1
 *  @param method2Sel 方法2
 */
+ (void)exchangeClassMethod:(Class)anClass method1Sel:(SEL)method1Sel method2Sel:(SEL)method2Sel {
    Method method1 = class_getClassMethod(anClass, method1Sel);
    Method method2 = class_getClassMethod(anClass, method2Sel);
    method_exchangeImplementations(method1, method2);
}


//4 对象方法重置
/**
 *  对象方法重置
 *
 *  @param anClass    哪个类
 *  @param oldMethodSel 方法1
 *  @param newMethodSel 方法2
 */
+ (void)setClassMethod:(Class)anClass oldMethodSel:(SEL) oldMethodSel newMethodSel:(SEL)newMethodSel  {
    Method oldMethod = class_getInstanceMethod(anClass, oldMethodSel);
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(anClass, newMethodSel);
    method_setImplementation(oldMethod, method_getImplementation(newMethod));
}

3.Tagged Pointer

3.1 32/64位设备区别

这个概念其实对应现在已经有点老了，32为设备已在苹果放弃支持的日程表上了。但是对于一些基础还是有必要了解一下。简单就是在64位设备上，同一地址裂开2部分使用，那其中32位最基础值类保存，另外位数存指针，索引表之类的数据，复用一个地址上的存储空间。这点和mcu内存一个byte，低4位和高4分开存在2个0-16的数值，是类似的。
假设我们要存储一个NSNumber对象，其值是一个整数。正常情况下，如果这个整数只是一个NSInteger的普通变量，那么它所占用的内存是与CPU的位数有关，在32位CPU下占4个字节，在64位CPU下是占8个字节的。而指针类型的大小通常也是与CPU位数相关，一个指针所占用的内存在32位CPU下为4个字节，在64位CPU下也是8个字节。
普通的iOS程序，如果没有Tagged Pointer对象，从32位机器迁移到64位机器中后，虽然逻辑没有任何变化，但这种NSNumber、NSDate一类的对象所占用的内存会翻倍

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为了改进上面提到的内存占用和效率问题，苹果提出了Tagged Pointer对象。由于NSNumber、NSDate一类的变量本身的值需要占用的内存大小常常不需要8个字节，拿整数来说，4个字节所能表示的有符号整数就可以达到20多亿（注：2^31=2147483648，另外1位作为符号位)，对于绝大多数情况都是可以处理的。
所以我们可以将一个对象的指针拆成两部分，一部分直接保存数据，另一部分作为特殊标记，表示这是一个特别的指针，不指向任何一个地址。所以，引入了Tagged Pointer对象之后，64 位 CPU 下 NSNumber 的内存图变成了以下这样：

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1.Tagged Pointer专门用来存储小的对象，例如NSNumber和NSDate
2.Tagged Pointer指针的值不再是地址了，而是真正的值。所以，实际上它不再是一个对象了，它只是一个披着对象皮的普通变量而已。所以，它的内存并不存储在堆中，也不需要 malloc 和 free。
3.在内存读取上有着 3 倍的效率，创建时比以前快 106 倍。
Tagged Pointer的引入也带来了问题，即Tagged Pointer因为并不是真正的对象，而是一个伪对象，所以你如果完全把它当成对象来使，可能会让它露马脚。所有对象都有 isa 指针，而Tagged Pointer其实是没有的，因为它不是真正的对象。参考：《唐巧博客 Objective-C 对象模型及应用》）
所以如果你直接访问Tagged Pointer的isa成员的话，在编译时将会有如下警告：

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4.Block

4.1 block的底层

作者tripleCC《Block技巧与底层解析》这个说明说得比书本更详细。我简单总结一下，底层就是结构体存着函数地址起始，及其长度。在需要时调用该变量。但是中间过程会有变量的复制问题，和引用问题处理。

4.2 block需要注意的问题

__block修饰变量，在block中，使用能直接改变变量的值。
没有__block修饰变量,在block使用，等于原变量copy了一个新变量，改变其值不影响原值。
这个问题出现在block替换代理时，引用变量导致控制器不释放比较常见。因为copy导致原变量引用加一。
所以block引用self,必须加上弱引声明：

__weak typeof(BaseViewController) *weakSelf = self

5. 多线程GCD

参考：《iOS中GCD的使用小结》《GCD死锁及取消》
《GCD 与 NSOperationQueue 区别》
GCD 全称Grand Center Dispatch (抽象层次：高)
优点：是 Apple 开发的一个多核编程的解决方法，简单易用，效率高，速度快，基于C语言，更底层更高效，并且不是Cocoa框架的一部分，自动管理线程生命周期（创建线程、调度任务、销毁线程）。
缺点: 使用GCD的场景如果很复杂，就有非常大的可能遇到死锁问题。
GCD抽象层次最高，使用也简单，因此，苹果也推荐使用GCD

GCD中的三种队列类型

The main queue（主线程串行队列): 与主线程功能相同，提交至Main queue的任务会在主线程中执行，

Main queue 可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。

Global queue（全局并发队列): 全局并发队列由整个进程共享，有高、中（默认）、低、后台四个优先级别。

Global queue 可以通过调用dispatch_get_global_queue函数来获取（可以设置优先级）

Custom queue (自定义队列): 可以为串行，也可以为并发。

Custom queue 可以通过dispatch_queue_create()来获取；

Group queue (队列组)：将多线程进行分组，最大的好处是可获知所有线程的完成情况。

Group queue 可以通过调用dispatch_group_create()来获取，通过dispatch_group_notify,可以直接监听组里所有线程完成情况。
获取主线程串行队列

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();

主线程串行队列同步执行任务，在主线程运行时，会产生死锁

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(mainQueue,^{
  NSLog("MainQueue");            
});

程序一直处于等待状态，block中的代码将执行不到

主线程串行队列异步执行任务，在主线程运行，不会产生死锁。

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(mainQueue,^{
  NSLog("MainQueue");            
});

从子线程，异步返回主线程更新UI<这种使用方式比较多>

dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
   dispatch_async(globalQueue, ^{
       //子线程异步执行下载任务，防止主线程卡顿
       NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com"];
       NSError *error;
       NSString *htmlData = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
       if (htmlData != nil) {
           dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
            //异步返回主线程，根据获取的数据，更新UI
           dispatch_async(mainQueue, ^{
               NSLog(@"根据更新UI界面");
           });
       } else {
           NSLog(@"error when download:%@",error);
       }
  });

主线程串行队列由系统默认生成的，所以无法调用dispatch_resume()和dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。

附原文出处(转载)：https://my.oschina.net/u/3729367/blog/1606389
https://www.jianshu.com/p/ae786a4cf3b1

iOS 底层原理

1.isa指针

2.runtime 运行时，动态方法交换

3.Tagged Pointer

3.1 32/64位设备区别

4.Block

5. 多线程GCD

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