IOS底层objc_msgSend&动态方法决议&消息转发

上一篇我们提到了动态方法决议形式，那么现在让我们继续补充。

动态方法决议调用次数

运行项目可以发现这个resolveInstanceMethod方法会调用两次，如下图

image

那么为什么会调用两次呢？继续探索
*【第一步】LOOKUP_RESOLVER宏定义固定值时2。这个判断是为了控制条件，只有两者存在的时候才能进入(进行亦或操作，behavior^LOOKUP_RESOLVER相同是0，不同是1)，然后进入动态方法决议

//判断两者都存在进入，控制条件，然后直接返回imp
    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;//输出值不同为1，相同0
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }

*【第二步】 resolveMethod_locked动态方法决议源码如下，第一次进入就发送了消息，调用resolveInstanceMethod方法

static NEVER_INLINE IMP
resolveMethod_locked(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    ASSERT(cls->isRealized());

    runtimeLock.unlock();

    //第一次就发送了一次消息
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNil(inst, sel, cls)) {
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }
    }

    // chances are that calling the resolver have populated the cache
    // so attempt using it
    return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE);
}
  • 【第三步】进入resolveInstanceMethod源码如下
    • 其中lookUp的是resolveInstanceMethod方法，因为say666没有意义，
    • 这时需要容错处理，不然找不到方法会崩溃
    • IMP imp = lookUpImpOrNil(inst, sel, cls);进行查找say666方法
static void resolveInstanceMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
    runtimeLock.assertUnlocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    SEL resolve_sel = @selector(resolveInstanceMethod:);

    //lookup   resolveInstanceMethod，say666没有意义
    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);//查询say666

    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));
        }
    }
}
  • 【第四步】再次通过【第一步】进入动态方法决议resolveMethod_locked源码位置，定位到lookUpImpOrForward方法，再走一次动态方法决议流程。
    这时resolveInstanceMethod方法就走了两次，同时也因为苹果再给一个机会 
   // chances are that calling the resolver have populated the cache
    // so attempt using it
    return lookUpImpOrForward(inst, sel, cls, behavior | LOOKUP_CACHE);
resolveInstanceMethod调用流程.png

类方法的动态方法决议

  • main函数调用LGPerson 中的 sayNB类方法，并且sayNB在LGPerson的m文件中并没有实现 
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        
        LGPerson *person = [LGPerson alloc];
        [LGPerson sayNB];

    }
    return 0;
}
  • 流程和上面一样依旧会进入lookUpImpOrForward源码中的动态方法决议中resolveMethod_locked，因为sayNB是类方法，即元类中的实例方法。动态方法决议中的inst是类，cls就是元类，因此会走else方法内容。
 if (! cls->isMetaClass()) {  // 对象 - 类
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]
        resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
    } 
    else { // 类方法 - 元类
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        resolveClassMethod(inst, sel, cls);
        if (!lookUpImpOrNil(inst, sel, cls)) {  // 为什么要有这行代码
            resolveInstanceMethod(inst, sel, cls);
        }
    }
  • 再次进入resolveClassMethod源码中，作出相应的处理
static void resolveClassMethod(id inst, SEL sel, Class cls)
{
    runtimeLock.assertUnlocked();
    ASSERT(cls->isRealized());
    ASSERT(cls->isMetaClass());

    //判断resolveClassMethod
    if (!lookUpImpOrNil(inst, @selector(resolveClassMethod:), cls)) {
        // Resolver not implemented.
        return;
    }

    Class nonmeta;
    {
        //对元类的简单处理
        mutex_locker_t lock(runtimeLock);
        nonmeta = getMaybeUnrealizedNonMetaClass(cls, inst);
        // +initialize path should have realized nonmeta already
        if (!nonmeta->isRealized()) {
            _objc_fatal("nonmeta class %s (%p) unexpectedly not realized",
                        nonmeta->nameForLogging(), nonmeta);
        }
    }
    //开始发送消息
    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(nonmeta, @selector(resolveClassMethod:), sel);

    // Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time.
    // +resolveClassMethod adds to self->ISA() a.k.a. cls
    //再次查找
    IMP imp = lookUpImpOrNil(inst, sel, cls);

    //判断出去
    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 resolveClassMethod:%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));
        }
    }
}

运行之后，我们会发现系统崩溃了，因为sayNB类方法没有被实现，那么如何避免崩溃呢？

  • 使用resolveClassMethod的类方法和resolveInstanceMethod一样的判断

    • 对象方法，实现方法需要使用sayNB类方法
    • 根据isa走位图，不应该找当前的self，需要查找当前的元类即类方法存在元类中
      image

      这就解决了崩溃的现象，当时这是我们需要思考一个问题
      为什么动态的类方法决议之后还需要动态方法进行对象方法？
      image

  • NSObject对象方法是对类的考究，类方法是元类的考究，元类是对象方法的存在

    image

  • 开发人员认为它是一个类方法，但是我们所有的操作都在类方法里面，其实本身是不对的，根本的查询路线还是在元类里面，因此需要查询整个关于对象的路径，因为就有了resolveInstanceMethod方法

由此就有另外一个问题
是不是可以不写resolveClassMethod直接在resolveInstanceMethod方法中以else的方式写呢？

image

运行之后发现是不行的，因为在类是无法找到类方法的，因为它是存在元类中，所以是不能这样的写的

同时因为元类的继承链关系，因此我们所有方法的补救方法都会来到NSObject，那么我们就可以创建一个NSObject的分类来防崩溃。

实际上，在NSObject中resolveInstanceMethod默认是有实现，我们在这里将重写而不是覆盖这个方法。

image

  • 头部导入#import <objc/message.h>
  • 调用方法的时候优先查找分类

问题是解决了，但是我们这种方式不好，我们在打印了很多我们不需要处理的消息

image

分类非常的便利，同时这种写法就相当于封装sdk判断对应的方法，切面，让其不会产生崩溃
但是这样写还是不太好，例如你封装了这样的防崩溃处理，但是其他人不知道也写了，那么就导致sdk就浪费了，其实真正的sdk是健全稳定而长期的，那么这里做防崩溃有点暴力，因此这里一般不处理，给他一个容错的机会。

但是我们还是有崩溃的现象，怎么办呢？
那么就会进入另一个层面，就是动态方法决议没有处理的话，他就会进行消息转发流程

消息转发探索

快速消息转发

  • 这时在lookUpImpOrForward源码中我们注意到log_and_fill_cache的源码
 if (slowpath(objcMsgLogEnabled && implementer)) {
        bool cacheIt = logMessageSend(implementer->isMetaClass(), 
                                      cls->nameForLogging(),
                                      implementer->nameForLogging(), 
                                      sel);
        if (!cacheIt) return;
    }

  • objcMsgLogEnabled源码进行消息的打印，这是我们将介绍instrumentObjcMessageSends方法，用于监控objc底层发送的一些发送的消息，调用这个方法需要几个条件：

    • 1、objcMsgLogEnabled控制开关，进行处理。
    • 2、extern在变量函数中表示定义在其他文件中，编译器去他地方找，这里暂时没有不要报错

  • 在main函数的源码中对instrumentObjcMessageSends函数的调用，先开启再关闭，进行包裹作用，嵌住研究重点，并且打印objc的调用情况。

    image

  • objc消息处理的源码
bool logMessageSend(bool isClassMethod,
                    const char *objectsClass,
                    const char *implementingClass,
                    SEL selector)
{
    char    buf[ 1024 ];

    // Create/open the log file
    if (objcMsgLogFD == (-1))
    {
    //tmp/msgSends写入的文件目录
        snprintf (buf, sizeof(buf), "/tmp/msgSends-%d", (int) getpid ());
        objcMsgLogFD = secure_open (buf, O_WRONLY | O_CREAT, geteuid());
        if (objcMsgLogFD < 0) {
            // no log file - disable logging
            objcMsgLogEnabled = false;
            objcMsgLogFD = -1;
            return true;
        }
    }

    // Make the log entry
    snprintf(buf, sizeof(buf), "%c %s %s %s\n",
            isClassMethod ? '+' : '-',
            objectsClass,
            implementingClass,
            sel_getName(selector));

    objcMsgLogLock.lock();
    write (objcMsgLogFD, buf, strlen(buf));
    objcMsgLogLock.unlock();

    // Tell caller to not cache the method
    return false;
}

查找objc调用方法文件

  • command+shift+g打开搜索框输入/tmp/msgSends/进入tmp文件，这时什么都没有，我们需要再运行一次即使崩溃也没关系，这时就会有对应的文件
    image

  • 双击打开文件


    image

从图中可以发现动态方法决议resolveInstanceMethod之后调用forwardingTargetForSelector,LGPerson.m文件中实现这个方法


- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));

    // runtime + aSelector + addMethod + imp
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

打印结果


image

即使项目崩溃了，但是打印了sayHello说明工程崩溃之前调用了forwardingTargetForSelector方法，苹果官方文档对forwardingTargetForSelector的描述

forwardingTargetForSelector

大概的意思是：当消息没有人接受的时候，就返回第一接受者
既然LGPerson类没有实现，那么我们就创建一个继承于NSObject的新文件LGStudent，在LGStudent中实现sayHello方法

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));

    // runtime + aSelector + addMethod + imp
//    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
    return [LGStudent alloc];
}

打印结果


image

由此可以看出执行的是LGStudent的sayHello方法，这就是快速转发流程

慢速消息转发

  • methodSignatureForSelector方法需要搭配forwardInvocation方法使用，这就是所谓的慢速转发流程``methodSignatureForSelector的苹果官方文档说明

    methodSignatureForSelector.png

  • LGPerson实现的代码

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    return nil;
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{
    NSLog(@"%s - %@",__func__,anInvocation);
    // GM  sayHello - anInvocation - 漂流瓶 - anInvocation
    anInvocation.target = [LGStudent alloc];
    // anInvocation 保存 - 方法
    [anInvocation invoke];
}

打印结果


image

anInvocation只需调用invoke进行启动和保存

如果不调用的话就会浪费一个事物，耗费了性能，是一种业务层面的浪费
慢速转发流程拥有的权限更大，更加灵活

image

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