關於iOS底層原理的若干解析
作者丨FindCrt
https://www.jianshu.com/p/d2e0dc7bf57f
1.如果讓你實現屬性的weak，如何實現的？
如果讓你來實現屬性的atomic，如何實現？
KVO為什麼要建立一個子類來實現？
類結構體的組成，isa指標指向了什麼？（這裡應該將元類和根元類也說一下）
RunLoop有幾種事件源？有幾種模式？
方法列表的資料結構是什麼？
分類是如何實現的？它為什麼會覆蓋掉原來的方法？
1. weak原理
weak 弱引用的實現方式
https://www.desgard.com/weak/
這篇文章我覺得寫得很好，我用自己的話簡單總結下：
weak是啥？在一個物件被釋放後，指向它的所有weak指標都跟著被設為nil，所以關鍵就是怎麼從這個物件找到所有指向它的weak指標。
系統使用一張表，用物件的地址做key,值是物件的引用計數和weak指標表。
在類似__weak SomeClass *obj = otherObj這種的時候，呼叫storeWeak方法把新指標obj和物件otherObj關聯起來,實際乾的就是：
使用指標獲取舊的物件，在使用舊物件獲取舊物件的weak表，把指標從就舊物件的weak表裡移除
使用新物件獲取新物件的weak表，把指標加入到weak表裡
2.實現atomic
stackoverflow的這個問題很好
https://stackoverflow.com/questions/588866/whats-the-difference-between-the-atomic-and-nonatomic-attributes/589348#589348
簡單說，在屬性的getter/setter實現裡，先加鎖然後再對變數進行訪問
- (UITextField *) userName {
UITextField *retval = nil;
@synchronized(self) {
retval = [[userName retain] autorelease];
}
return retval;
}
- (void) setUserName:(UITextField *)userName_ {
@synchronized(self) {
[userName_ retain];
[userName release];
userName = userName_;
}
}
發散下
首先這樣做就會加大開銷，因為開鎖解鎖
然後這樣做，實際很多時候並不能保證執行緒同步的作用，除了上面的stackoverflow問題裡的第一個答案
https://stackoverflow.com/questions/588866/whats-the-difference-between-the-atomic-and-nonatomic-attributes/589392#589392
提到的firstname+secondname的例子,我可以舉一個：比如倉庫裡有5袋米，然後10個人去拿，每個人就相當於每個執行緒，每個執行緒先要check是否還有米，然後決定去拿use。atomic只能保證你check的時候是獨立的，use的時候也是獨立的，這樣可能出現什麼？5人check完，第一個人還沒有use,那麼第6個人check的時候，他以為還有5袋米，然後他也去拿，最後結果就是米的數量變成了負數。
簡單說，就是check和use要正整體加鎖：
lock->check->use->unlock
而atomic是在屬性內部實現的加鎖，即相當於：
lock->check->unlock->可能其他執行緒插入進來...->lock->use->unlock。
然後提到@synchronized
簡單說：
@synchronized(obj) {
// do work
}
也是用一張雜湊表，在進入這個程式碼塊的時候，使用obj這個物件獲取對應的遞迴鎖，然後加鎖，在出程式碼塊的時候解鎖。所以這是以obj的地址為唯一性的鎖。
3. KVO的原理
原理參考
https://www.jianshu.com/p/829864680648
實現一個自己的KVO參考
https://tech.glowing.com/cn/implement-kvo/
在你給物件a設定觀察者之後，假設a的型別為ClassA,那麼會從ClassA臨時建一個子類subClassA，然後重寫你觀察的那個屬性的方法，把物件a型別改成這個子類subClassA。
修改子類的方法使用了runtime裡的isa指標的作用
回到問題，為什麼要實現一個子類？
重寫屬性，是怎麼重寫的？比如setName會變成：
void setName:(NSString *)name{
[self willChangeValueForKey:@"name"];
[super setName:name];
[self didChangeValueForKey:@"name"];
}
也就是通過willChangeValueForKey和didChangeValueForKey來通知外界的，所以你必須要重寫原本的setter方法，否則外界不會收到訊息
那麼重寫就有兩種選擇：改本類和改子類。如果改了本類，就會汙染本類的所有其他的物件的方法
本來我還想到重寫的方法會被反覆重寫，導致willChangeValueForKey反覆巢狀，但想這個是可以通過設定表示來避免的，比如在類裡建個表儲存KVO重寫的方法
其實這裡是一個很好的思路，我見過使用method swizzling導致類的其他地方被汙染的，可以像KVO裡一樣，自動建立一個子類，然後就你當前的物件方法被修改了，這樣你就不用擔心其他地方會因為方法篡改而導致位置bug
4. isa指標的問題
看這個圖就好了：
好，下一題！-_-
5. RunLoop
深入理解RunLoop,看這篇就好了
https://blog.ibireme.com/2015/05/18/runloop/
mode有幾種：公開的有kCFRunLoopDefaultMode和UITrackingRunLoopMode後一種在scrollView滾動的時候會切換到。這裡會牽扯到一個經典考題：滾動導致NSTimer不起作用的問題。上面的文章裡有說明白。
事件有：source、timer和observer
struct __CFRunLoopMode {
CFStringRef _name; // Mode Name, 例如@"kCFRunLoopDefaultMode"
CFMutableSetRef _sources0; // Set
CFMutableSetRef _sources1; // Set
CFMutableArrayRef _observers; // Array
CFMutableArrayRef _timers; // Array
...
};
6. 方法列表的結構
先看類的結構：
struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists這個就是方法列表了，首先這裡有個不易發現的知識點：為什麼methodLists是指標的指標而不是指標？
這個問題裡的答案說了一些,
https://stackoverflow.com/questions/8847146/whats-is-methodlists-attribute-of-the-structure-objc-class-for
簡單說：
objc_method_list *代表一個方法鏈，按理說對於類來說，這個結構就足夠了，objc_method_list **這個代表n條方法鏈，其實是因為Category才會這樣。
在合併Category和類的時候，就可以把Category的方法直接放進來，而不用修改原來的方法鏈。
while (i--) {
//取出category的方法列表
method_list_t *mlist = cat_method_list(cats->list[i].cat, isMeta);
if (mlist) {
//直接放到列的方法列表的列表裡，而不修改類本身的方法列表
mlists[mcount++] = mlist;
fromBundle |= cats->list[i].fromBundle;
}
}
attachMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle, inoutVtablesAffected);
個人認為這樣是為了：
保持各個方法表的獨立，比如category定義了和類本身同樣的方法，可以共存
修改起來方便些，如果只有一個表，就得增加和刪除一大堆的節點，而且還得維護那些節點是category的，哪些是類的。
然後是objc_method_list的結構：
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;
int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
}
這裡沒有借鑑，只有自己翻一下runtime的開原始碼
https://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-208/runtime/objc-class.m.auto.html
(這幾個問題其實都是對runtime原始碼的解析吧)
/* These next three functions are the heart of ObjC method lookup. */
static inline Method _findMethodInList(struct objc_method_list * mlist, SEL sel) {
int i;
if (!mlist) return NULL;
for (i = 0; i < mlist->method_count; i++) {
Method m = &mlist->method_list[i];
if (m->method_name == sel) {
return m;
}
}
return NULL;
}
上面這個函式是從裡objc_method_list找到對應的Method，可以看出方法儲存在method_list裡面。沒看程式碼前，我以為是objc_method_list實際是連結串列的一個節點，每個method_list只儲存一個方法，然後用obsolete連線下一個方法。
7. Category的原理
參考這篇
https://tech.meituan.com/DiveIntoCategory.html
把category的方法、屬性和協議都和原有類合併;
對於屬性和協議，把連結串列銜接起來就好了
newproperties = buildPropertyList(NULL, cats, isMeta);
if (newproperties) {
newproperties->next = cls->data()->properties;
cls->data()->properties = newproperties;
}
newprotos = buildProtocolList(cats, NULL, cls->data()->protocols);
if (cls->data()->protocols && cls->data()->protocols != newprotos) {
_free_internal(cls->data()->protocols);
}
cls->data()->protocols = newprotos;
對於方法，先把所有category的方法列表都存在列表的列表（method_list_t **）裡，然後把類原本的方法列表放進來
// Copy old methods to the method list array
for (i = 0; i < oldCount; i++) {
newLists[newCount++] = oldLists[i];
}
所以為什麼會覆蓋的問題就得到了解決：並不是覆蓋，而是在類本身的方法列表放到了後面，從而被滯後隱藏了。其實也可以猜得到，不可能把原本類的方法去掉，否則原本方法就丟了，而現在這樣，在category移除後，原本類的方法又可以暴露出來了。
關於category，有個在靜態庫的載入問題，這篇回答講得非常好。https://stackoverflow.com/questions/2567498/objective-c-categories-in-static-library/22264650#22264650
簡單說就是category不是編譯器用來確認載入的標識
Categories are a runtime-only feature, categories aren't symbols like classes or functions and that also means a linker cannot determine if a category is in use or not.
解決方案就是在Other Linker Flags裡新增-Objc,-force_load或-all_load來載入，-Objc是所有OC程式碼的檔案都載入，-force_load指定檔案載入，-all_load全部載入。
其他的一些相關問題
自動釋放池的原理：
http://blog.leichunfeng.com/blog/2015/05/31/objective-c-autorelease-pool-implementation-principle/#jtss-tsina
在開始的時候，建立一個AutoreleasePoolPage型別的雙向連結串列，它會儲存所有使用__autoreleasing標記的物件(MRC時直接呼叫autoRelease方法)，實際就是呼叫了下面的方法，建立一個新節點加進去
static inline id *autoreleaseFast(id obj)
{
AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
if (page && !page->full()) {
return page->add(obj);
} else if (page) {
return autoreleaseFullPage(obj, page);
} else {
return autoreleaseNoPage(obj);
}
}
在pool結束後，對每個物件release。
Associated Objects的原理，同樣使用雜湊表。
http://blog.leichunfeng.com/blog/2015/06/26/objective-c-associated-objects-implementation-principle/
對於一些除錯，用lldb可以達到特殊效果，參考這篇
https://blog.csdn.net/baihuaxiu123/article/details/51316510
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