OC底層探索(十)objc_msgSend 流程之方法的動態方法決議和訊息的快速轉發、慢速轉發
前提
在前面兩篇文章OC底層探索(八)objc_msgSend 流程之方法快速查詢和OC底層探索(九)objc_msgSend 流程之方法慢速查詢中，分別分析了objc_msgSend的快速查詢和慢速查詢，在這兩種都沒找到方法實現的情況下，蘋果給了兩個建議
- 動態方法決議：慢速查詢流程未找到後，會執行一次動態方法決議
- 訊息轉發：如果動態方法決議仍然沒有找到實現，則進行訊息轉發
環境準備
新建Person類
Person.h
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *lgName;
@property (nonatomic, strong) NSString *nickName;
- (void)sayNB;
- (void)sayMaster;
- (void)say666;
- (void)sayHello;
+ (void)sayNB;
+ (void)lgClassMethod;
@end
Person.m
@implementation Person
- (void)sayHello{
NSLog(@"%s",__func__);
}
- (void)sayNB{
NSLog(@"%s",__func__);
}
- (void)sayMaster{
NSLog(@"%s",__func__);
}
+ (void)lgClassMethod{
NSLog(@"%s",__func__);
}
@end
main.m檔案
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
Person *person = [Person alloc];
//呼叫實體方法
[person say666];
//呼叫類方法
[Person sayNB];
}
return 0;
}
動態方法決議【第一次機會】
在文章OC底層探索(九)objc_msgSend 流程之方法慢速查詢中，我們介紹慢速查詢的時候，沒有找到imp，那麼蘋果就會給一次機會，挽救一下。—— 【第一次機會】
原始碼
static NEVER_INLINE IMP
resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
runtimeLock.assertLocked();
ASSERT(cls->isRealized());
runtimeLock.unlock();
//物件 -- 類
if (! cls->isMetaClass()) { //類不是元類，呼叫物件的解析方法
// try [cls resolveInstanceMethod:sel]
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
else {//如果是元類，呼叫類的解析方法， 類 -- 元類
// try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
// and [cls resolveInstanceMethod:sel]
resolveClassMethod(inst, sel, cls);
//為什麼要有這行程式碼？ -- 類方法在元類中是物件方法，所以還是需要查詢元類中物件方法的動態方法決議
if (!lookUpImpOrNil(inst, sel, cls)) { //如果沒有找到或者為空，在元類的物件方法解析方法中查詢
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
}
// chances are that calling the resolver have populated the cache
// so attempt using it
//如果方法解析中將其實現指向其他方法，則繼續走方法查詢流程
return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE);
}
分析
- 判斷類是否是元類
· 如果是類，執行實體方法的動態方法決議resolveInstanceMethod
· 如果是元類，執行類方法的動態方法決議resolveClassMethod，如果在元類中沒有找到或者為空，則在元類的實體方法的動態方法決議resolveInstanceMethod中查詢，主要是因為類方法在元類中是實體方法，所以還需要查詢元類中實體方法的動態方法決議 - 如果動態方法決議中，將其實現指向了其他方法，則繼續查詢指定的imp，即繼續慢速查詢lookUpImpOrForward流程
呼叫未實現的實體方法，檢視列印
- 在main.m檔案中呼叫person的say666方法
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
Person *person = [Person alloc];
[person say666];
[Person sayNB];
}
return 0;
}
-
列印結果
呼叫實體方法say666報的錯
呼叫類方法sayNB報的錯
-
分析
由於在快速查詢和慢速查詢時，都沒有找到say666實體方法和sayNB類方法的實現，所以程式崩潰。 -
resolveInstanceMethod的原始碼
static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
runtimeLock.assertUnlocked();
ASSERT(cls->isRealized());
SEL resolve_sel = @selector(resolveInstanceMethod:);
// lookup resolveInstanceMethod
if (!lookUpImpOrNil(cls, resolve_sel, cls->ISA())) {
// Resolver not implemented.
return;
}
BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
bool resolved = msg(cls, resolve_sel, sel);
// Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time.
// +resolveInstanceMethod adds to self a.k.a. cls
IMP imp = lookUpImpOrNil(inst, sel, cls);
if (resolved && PrintResolving) {
if (imp) {
_objc_inform("RESOLVE: method %c[%s %s] "
"dynamically resolved to %p",
cls->isMetaClass() ? '+' : '-',
cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), imp);
}
else {
// Method resolver didn't add anything?
_objc_inform("RESOLVE: +[%s resolveInstanceMethod:%s] returned YES"
", but no new implementation of %c[%s %s] was found",
cls->nameForLogging(), sel_getName(sel),
cls->isMetaClass() ? '+' : '-',
cls->nameForLogging(), sel_getName(sel));
}
}
}
實體方法
第一次補救
- 在person.m檔案中重寫resolveInstanceMethod方法,先return父類別的此方法。
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
NSLog(@"%@ say666來了",NSStringFromSelector(sel));
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
列印結果：
分析
· 在執行實體方法say666時，在快速、慢速查詢都沒有找到的情況下，就會執行到resolveInstanceMethod方法。但是我們檢視列印，執行了兩遍這個方法，第一次執行是在慢速查詢結束後執行的，那麼第二次是在什麼時候呢？此問題我們先記錄一下。
- 繼續修改resolveInstanceMethod方法，將其返回一個固定的imp
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
if (sel == @selector(say666)) {
NSLog(@"%@ 來了", NSStringFromSelector(sel));
//獲取sayMaster方法的imp
IMP imp = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayMaster));
//獲取sayMaster的實體方法
Method sayMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(sayMaster));
//獲取sayMaster的豐富簽名
const char *type = method_getTypeEncoding(sayMethod);
//將sel的實現指向sayMaster
return class_addMethod(self, sel, imp, type);
}
return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
列印結果：
分析：
· 在第一次動態方法決議時，返回sayMaster方法的imp，那麼此時說明已經找到一個方法的IMP，直接返回imp。
類方法
針對類方法，與實體方法類似，同樣可以通過重寫resolveClassMethod類方法來解決前文的崩潰問題，即在LGPerson類中重寫該方法，並將sayNB類方法的實現指向類方法lgClassMethod
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel{
if (sel == @selector(sayNB)) {
NSLog(@"%@ 來了", NSStringFromSelector(sel));
IMP imp = class_getMethodImplementation(objc_getMetaClass("Person"), @selector(lgClassMethod));
Method lgClassMethod = class_getInstanceMethod(objc_getMetaClass("Person"), @selector(lgClassMethod));
const char *type = method_getTypeEncoding(lgClassMethod);
return class_addMethod(objc_getMetaClass("Person"), sel, imp, type);
}
return [super resolveClassMethod:sel];
}
列印結果：
分析：
resolveClassMethod類方法的重寫需要注意一點，傳入的cls不再是類，而是元類，可以通過objc_getMetaClass方法獲取類的元類，原因是因為類方法在元類中是實體方法
- 在NSObject中實現resolveInstanceMethod，也可以解決類方法找不到問題
在原始碼中，如果是元類的話，會有下面這行程式碼，如果在沒有找到類方法，那麼就會在元類的物件方法解析方法中查詢。
if (!lookUpImpOrNil(inst, sel, cls)) { //如果沒有找到或者為空，在元類的物件方法解析方法中查詢
resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
}
· 在isa走點陣圖中，繼承關係是：元類 -> 根元類 -> NSObject -> nil。元類最終繼承於NSObject，那麼我們在NSObject中實現resolveInstanceMethod，那麼類方法也會最終執行到NSObject中。
NSObject分類
@implementation NSObject (LG)
// 呼叫方法的時候 - 分類
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
NSLog(@"%@ 來了",NSStringFromSelector(sel));
if (sel == @selector(say666)) {
NSLog(@"%@ 來了",NSStringFromSelector(sel));
IMP imp = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayMaster));
Method sayMMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(sayMaster));
const char *type = method_getTypeEncoding(sayMMethod);
return class_addMethod(self, sel, imp, type);
}
else if (sel == @selector(sayNB)) {
IMP imp = class_getMethodImplementation(objc_getMetaClass("Person"), @selector(lgClassMethod));
Method sayMMethod = class_getInstanceMethod(objc_getMetaClass("Person"), @selector(lgClassMethod));
const char *type = method_getTypeEncoding(sayMMethod);
return class_addMethod(objc_getMetaClass("Person"), sel, imp, type);
}
return NO;
}
@end
分析：
· 列印結果中呼叫NSObject的resolveInstanceMethod方法，
· 但是也列印一些不相關的資訊，這些資訊說明了別的方法也會走到此方法中。
總結：
- 實體方法在動態方法決議時執行的是resolveInstanceMethod方法進行補救。
- 類方法在動態方法決議時執行的是resolveClassMethod和resolveInstanceMethod方法進行補救。
訊息轉發
在慢速查詢的流程中，我們瞭解到，如果快速+慢速沒有找到方法實現，動態方法決議也不行，就使用訊息轉發，但是，我們找遍了原始碼也沒有發現訊息轉發的相關原始碼，可以通過以下方式來了解，方法呼叫崩潰前都走了哪些方法。
流程圖：
通過instrumentObjcMessageSends方式列印傳送訊息的紀錄檔
- 通過lookUpImpOrForward –> log_and_fill_cache -->
logMessageSend,在logMessageSend原始碼下方找到instrumentObjcMessageSends的原始碼實現，所以，在main中呼叫instrumentObjcMessageSends列印方法呼叫的紀錄檔資訊，有以下兩點準備工作
1、開啟 objcMsgLogEnabled 開關，即呼叫instrumentObjcMessageSends方法時，傳入YES
2、在main中通過extern 宣告instrumentObjcMessageSends方法
extern void instrumentObjcMessageSends(BOOL flag);
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
instrumentObjcMessageSends(YES);
[person sayHello];
instrumentObjcMessageSends(NO);
NSLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
-
通過logMessageSend原始碼，瞭解到訊息傳送列印資訊儲存在/tmp/msgSends 目錄，如下所示
-
執行程式碼，並前往/tmp/msgSends 目錄，發現有msgSends開頭的紀錄檔檔案，開啟發現在崩潰前，執行了以下方法
· 兩次動態方法決議：resolveInstanceMethod方法
· 兩次訊息快速轉發：forwardingTargetForSelector方法
· 兩次訊息慢速轉發：methodSignatureForSelector + resolveInstanceMethod
訊息快速轉發【第二次機會】
訊息的快速轉發是執行的forwardingTargetForSelector方法。
-
當慢速查詢，以及動態方法決議均沒有找到實現時，進行訊息轉發，首先是進行快速訊息轉發，即走到forwardingTargetForSelector方法
-
如果返回訊息接收者，在訊息接收者中還是沒有找到，則進入另一個方法的查詢流程
-
如果返回nil，則進入慢速訊息轉發
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
// runtime + aSelector + addMethod + imp
return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
訊息慢速轉發【第三次機會】
慢速轉發
針對第二次機會即快速轉發中還是沒有找到，則進入最後的一次挽救機會，即在Person中重寫methodSignatureForSelector，如下所示
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
NSLog(@"%s - %@",__func__,anInvocation);
// GM sayHello - anInvocation - 漂流瓶 - anInvocation
anInvocation.target = [LGStudent alloc];
// anInvocation 儲存 - 方法
[anInvocation invoke];
}
列印結果：
分析：
- 在methodSignatureForSelector方法中返回了一個方法型別。
- 在forwardInvocation，處理返回的方法型別，並處理invocation事務，修改invocation的target為[LGStudent alloc]，呼叫 [anInvocation invoke] 觸發 即LGPerson類的say666實體方法的呼叫會呼叫LGStudent的alloc方法。
慢速轉發中的動態方法決議
-
我們在resolveInstanceMethod的lookUpImpOrNil處打個斷點，檢視當前堆疊資訊
-
第一次執行動態方法決議時的堆疊是：
_objc_msgSend_uncached ==> lookUpImpOrForward ==> resolveInstanceMethod
-
第二次執行動態方法決議時的堆疊是：
methodSignatureForSelector > lookUpImpOrForward > resolveInstanceMethod
-
在堆疊資訊中，第二次執行動態方法決議時，是在執行訊息慢速轉發時執行的，並且是methodSignatureForSelector之後，forwardInvocation之前。
總結
OC方法呼叫就是訊息傳送，那麼objc_msgSend流程分別是：
- 方法快速查詢：OC底層探索(八)objc_msgSend 流程之方法快速查詢
- 方法慢速查詢：OC底層探索(九)objc_msgSend 流程之方法慢速查詢
- 動態方法決議和訊息轉發：OC底層探索(十)objc_msgSend 流程之方法的動態方法決議和訊息的快速轉發、慢速轉發(此文章)