iOS – 消息发送的完整流程
写在前面
在OC里面，调用对象的某个方法其实就是给这个对象发送一个消息，这个过程我们把它分为三大阶段，分别为：消息发送阶段、动态解析阶段、消息转发阶段，本文将细细剖析这三个阶段，但是在剖析这三大阶段之前我们需要先回顾一下Class的结构。
Class结构
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在objc-runtime-new.h中可以看到objc_class结构如下：
struct objc_object {
Class isa;
};
struct objc_class : objc_object {
Class superclass;
cache_t cache; // 方法缓存
class_data_bits_t bits; // 获取具体类信息
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
......
};
从上面的结构我们可以看到有一个类cache_t，这个类就是专门拿来做方法缓存相关的类，结构如下：
struct cache_t {
struct bucket_t *buckets();
mask_t occupied();
mask_t mask();
};
struct bucket_t {
cache_key_t _key;
IMP _imp;
};
class_data_bits_t用于获取具体的类信息，结构如下：
#define FAST_DATA_MASK 0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {
uintptr_t bits;
public:
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
};
// readWrite：可读可写
struct class_rw_t {
uint32_t flags;
uint32_t witness;
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
class_rw_ext_t *ext;
const class_ro_t *ro;
};
struct class_rw_ext_t {
class_ro_t *ro;
method_array_t methods;// 方法列表
property_array_t properties; // 属性列表
protocol_array_t protocols; // 协议列表
char *demangledName;
uint32_t version;
}
// readOnly:只读
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name; // 类名
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars; // 成员变量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
};
分析到这里，Class结构我们已了解清楚，接下来就是调用对象的方法来研究一下消息发送的完整流程。
消息发送阶段
在OC里面，调用对象的某个方法就是给这个对象发送一条消息，这里我们新建一个Person类，以[person personRun]为例来看看消息发送阶段的流程。
在【iOS重学】方法缓存cache_t的分析这篇文章中我们主要分析了方法缓存，建议大家先看一下缓存可以帮助我们理解接下来的流程。
我们知道OC中的方法调用其实就是转成objc_msgSend()函数的调用（load方法除外），如下：
1.png
// 消息发送阶段源码跟读顺序
1. objc-msg-arm64 汇编文件
ENTRY _objc_msgSend
b.le LNilOrTagged
CacheLookup NORMAL, _objc_msgSend, __objc_msgSend_uncached
.macro CacheLookup
CacheHit // 命中缓存
MissLabelDynamic // 其实就是__objc_msgSend_uncached
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
MethodTableLookup
.macro MethodTableLookup
bl _lookupImpOrForward
2. objc-runtime-new.mm 文件
lookupImpOrForward
getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel)
curClass = curClass->getSuperclass()
cache_getImp(curClass, sel) // 从父类缓存里面查找
log_and_fill_cache // 缓存方法到消息接收者这个类
消息发送的流程图如下：
2.png
我们来验证一下是否真的缓存了调用的方法：
未调用personRun时，我们查一下在Person类的cache里面是否能找到personRun方法缓存：
Person *person = [[Person alloc] init]; mj_objc_class *personClass = (__bridge mj_objc_class *)[Person class]; NSLog(@"%@ %p",NSStringFromSelector(@selector(personRun)), personClass->cache.imp(@selector(personRun)));打印结果如下：
2022-04-10 13:11:30.367394+0800 RuntimeDemo[88049:12459843] personRun 0x0结果分析：在cache并没有找到personRun的IMP。
调用personRun之后，我们查一下Person类的cache里面是否能找到personRun方法缓存：Person *person = [[Person alloc] init]; [person personRun]; mj_objc_class *personClass = (__bridge mj_objc_class *)[Person class]; NSLog(@"%@ %p",NSStringFromSelector(@selector(personRun)), personClass->cache.imp(@selector(personRun)));打印结果如下：
2022-04-10 13:13:30.294687+0800 RuntimeDemo[88074:12461806] personRun 0x78cc0结果分析：调用personRun之后，会把personRun缓存到方法缓存里面
动态方法解析阶段
当第一阶段【消息发送阶段】没有找到方法实现就会进入第二阶段【动态方法解析阶段】。
// 动态方法解析阶段源码跟读顺序
1. objc-runtime-new.mm 文件
resolveMethod_locked
resolveInstanceMethod 或 resolveClassMethod
lookupImpOrNilTryCache
_lookupImpTryCache
lookupImpOrForward
动态方法解析的流程图如下：
3.png
动态方法解析流程
根据+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel （实例方法调用这个） 或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel(类方法调用这个)来做动态方法解析，然后重新走一遍消息发送的流程（从消息接受者的方法缓存里面开始继续往下执行）
动态方法解析代码
- (void)otherRun {
NSLog(@"%s",__func__);
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
if (sel == @selector(personRun)) {
Method otherMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(otherRun));
IMP imp = class_getMethodImplementation(self, @selector(otherRun));
class_addMethod(self, sel, method_getImplementation(otherMethod), method_getTypeEncoding(otherMethod));
return YES;
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
消息转发阶段
如果前面的两个阶段都没有实现，就会继续进入【消息转发】的流程。
// 消息转发阶段的源码跟读顺序
1. objc-msg-arm64 汇编文件
forward_imp = _objc_msgForward_impcache
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
b __objc_msgForward
ENTRY __objc_msgForward
ENTRY __objc_msgForward_stret
__objc_forward_stret_handler
2. objc-runtime-new.mm 文件
void *_objc_forward_stret_handler = (void *)objc_defaultForwardStretHandler;
3. CoreFoundation 框架
__forwarding__ // 不开源
消息转发的流程图如下：
4.png
消息转发流程
消息转发流程也分为了两步：
第一步：forwardingTargetForSelector：方法是指把响应这个方法的对象转发给其他的对象，那么消息接受者就发生了变化，会重新调用一遍objc_MsgSend(消息接受者，SEL)流程
第二步：forwardingTargetForSelector: 方法返回为nil，继续检查methodSignatureForSelector：是否返回了一个方法签名，然后去执行forwardInvocation:方法
消息转发流程相关代码实现
- 实例方法流程
// 第一步
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(personRun)) {
return [[Student alloc] init]; // 这里返回的是你想把这个消息转发给哪个对象
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
// 第二步
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(personRun)) {
// ⚠️：这里的方法签名的types不能随便写 因为这里的方法签名决定了下一步的NSInvocation的返回值、参数类型等
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"i@:i"];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
[anInvocation invokeWithTarget:[Student new]];
// 在这个方法里可以做任何我们想做的事情
}
类方法流程
// 第一步
+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(personTest)) {
return [Student class];
}
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
// 第二步
+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
if (aSelector == @selector(personTest)) {
return [Student methodSignatureForSelector:aSelector];
}
return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}
+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
[anInvocation invokeWithTarget:[Student class]];
}
+ (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector {
NSLog(@"%s",__func__);
}
关于NSInvocation类
@interface NSInvocation : NSObject
+ (NSInvocation *)invocationWithMethodSignature:(NSMethodSignature *)sig;
// 方法签名
@property (readonly, retain) NSMethodSignature *methodSignature;
// retain所有参数 防止参数被dealloc
- (void)retainArguments;
// 参数是否都被retained
@property (readonly) BOOL argumentsRetained;
// 消息接收者
@property (nullable, assign) id target;
// 方法名
@property SEL selector;
// 获取返回值
- (void)getReturnValue:(void *)retLoc;
// 设置返回值
- (void)setReturnValue:(void *)retLoc;
// 获取idx的参数
- (void)getArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;
// 设置idx的参数
- (void)setArgument:(void *)argumentLocation atIndex:(NSInteger)idx;
// 调用
- (void)invoke;
- (void)invokeWithTarget:(id)target;
@end
大家有兴趣的话可以去试试NSInvacation的使用。
最后
如果按照上面的三大流程都走完之后依然没有找到相应的方法实现，那这个调用最后就会调用doesNotRecognizeSelecto:抛出异常，如果错误请多多指教，最后欢迎去我的个人技术博客逛逛。
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