iOS初級到中級的進階之路

RunLoop · 發表 2018-11-27 15:55:18

摘要：前言：這篇文章是我看李明傑老師的 iOS底層原理班（下）/OC物件/關聯物件/多執行緒/記憶體管理/效能優化總結所得，斷斷續續歷時3個月左右，把課堂聽的東西給做了一下筆記。 1、一個NSObject物件佔用多少記憶體 2、OC物件的分類 3、KVO實現原...

前言：這篇文章是我看李明傑老師的 ofollow,noindex">iOS底層原理班（下）/OC物件/關聯物件/多執行緒/記憶體管理/效能優化總結所得，斷斷續續歷時3個月左右，把課堂聽的東西給做了一下筆記。

總結不易，耗時耗力，您的一顆小星星:sparkles:是我無限的動力。原文地址

iOS底層原理.png

我們經常會看一些面試題，但是好多面試題我們都是知其然不知其所以然，你如果認真的看了我上面總結的幾十篇文章，那麼你也會知其所以然。

OC物件本質

1、一個NSObject物件佔用多少記憶體？

系統分配了16個位元組給NSObject物件（通過malloc_size函式獲得），但NSObject物件內部只使用了8個位元組的空間（64bit環境下，可以通過class_getInstanceSize函式獲得）

2、物件的isa指標指向哪裡？

instance物件的isa指向class物件
class物件的isa指向meta-class物件
meta-class物件的isa指向基類的meta-class物件

3、OC的類資訊存放在哪裡？

物件方法、屬性、成員變數、協議資訊，存放在class物件中
類方法，存放在meta-class物件中
成員變數的具體值，存放在instance物件

具體實現請參考：

1、一個NSObject物件佔用多少記憶體

2、OC物件的分類

KVO

1、iOS用什麼方式實現對一個物件的KVO？(KVO的本質是什麼？)

利用RuntimeAPI動態生成一個子類，並且讓instance物件的isa指向這個全新的子類
當修改instance物件的屬性時，會呼叫Foundation的 _NSSetXXXValueAndNotify 函式
- 1、呼叫 willChangeValueForKey 方法
- 2、呼叫 setAge 方法
- 3、呼叫 didChangeValueForKey 方法
- 4、 didChangeValueForKey 方法內部呼叫oberser的 observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 方法

2、如何手動觸發KVO？

手動呼叫willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

3、直接修改成員變數會觸發KVO麼？

不會觸發KVO

具體實現請參考： 3、KVO實現原理

KVC

1、通過KVC修改屬性會觸發KVO麼？

會觸發KVO，因為KVC是呼叫 set 方法，KVO就是監聽 set 方法

2、KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什麼？

KVO的setValue:forKey原理

KVC2.png

1、按照setKey，_setKey的順序查詢成員方法，如果找到方法，傳遞引數，呼叫方法
2、如果沒有找到，檢視accessInstanceVariablesDirectly的返回值（accessInstanceVariablesDirectly的返回值預設是YES），
- 返回值為YES，按照_Key,_isKey,Key,isKey的順序查詢成員變數，如果找到，直接賦值，如果沒有找到，呼叫setValue:forUndefinedKey:，丟擲異常
- 返回NO，直接呼叫setValue:forUndefinedKey:，丟擲異常

KVO的ValueforKey原理

KVC3.png

1、按照getKey,key,isKey,_key的順序查詢成員方法，如果找到直接呼叫取值
2、如果沒有找到，檢視accessInstanceVariablesDirectly的返回值
- 返回值為YES，按照_Key,_isKey,Key,isKey的順序查詢成員變數，如果找到，直接取值，如果沒有找到，呼叫setValue:forUndefinedKey:，丟擲異常
- 返回NO，直接呼叫setValue:forUndefinedKey:，丟擲異常

具體實現請參考： 4、KVC實現原理

Block

1、block的原理是怎樣的？本質是什麼？

block本質上也是一個OC物件，它內部也有個isa指標
block是封裝了函式呼叫以及函式呼叫環境的OC物件

block的底層.png

2、block的（capture）

變數捕獲.png

為了保證block內部能夠正常訪問外部的變數，block有個變數捕獲機制

3、Block型別有哪幾種

block有3種類型，可以通過呼叫class方法或者isa指標檢視具體型別，最終都是繼承自NSBlock型別

1、 NSGlobalBlock （ _NSConcreteGlobalBlock
2、 NSStackBlock （ _NSConcreteStackBlock ）
3、 NSMallocBlock （ _NSConcreteMallocBlock ）

Block型別.png

4、block的copy

在ARC環境下，編譯器會根據情況自動將棧上的block複製到堆上，比如以下情況

1、block作為函式返回值時
2、將block賦值給__strong指標時
3、block作為Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法引數時
4、block作為GCD API的方法引數時

MRC下block屬性的建議寫法
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

ARC下block屬性的建議寫法
@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

5、__block修飾符

__block
__block
__block

當__block變數在棧上時，不會對指向的物件產生強引用
當__block變數被copy到堆時
- 會呼叫__block變數內部的copy函式
- copy函式內部會呼叫_Block_object_assign函式
- _Block_object_assign函式會根據所指向物件的修飾符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相應的操作，形成強引用（retain）或者弱引用（注意：這裡僅限於ARC時會retain，MRC時不會retain）
如果__block變數從堆上移除
- 會呼叫__block變數內部的dispose函式
- dispose函式內部會呼叫_Block_object_dispose函式
- _Block_object_dispose函式會自動釋放指向的物件（release）

6、迴圈引用

用__weak、__unsafe_unretained解決

__unsafe_unretained typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
 print(@"%p", weakSelf);
}

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
 print(@"%p", weakSelf);
}

用__block解決（必須要呼叫block）

__block id weakSelf = self;
self.block = ^{
weakSelf = nil;
}
self.block();

具體實現請參考： 6、Block底層解密

RunTime

1、講一下 OC 的訊息機制

OC中的方法呼叫其實都是轉成了objc_msgSend函式的呼叫，給receiver（方法呼叫者）傳送了一條訊息（selector方法名）
objc_msgSend底層有3大階段：訊息傳送（當前類、父類中查詢）、動態方法解析、訊息轉發

2、訊息轉發機制流程

1、訊息傳送
2、動態方法解析
3、訊息轉發

訊息傳送階段

訊息傳送流程是我們平時最經常使用的流程，其他的像動態方法解析和訊息轉發其實是補救措施。具體流程如下

訊息傳送1.png

1、首先判斷訊息接受者receiver是否為nil，如果為nil直接退出訊息傳送
2、如果存在訊息接受者receiverClass，首先在訊息接受者receiverClass的cache中查詢方法，如果找到方法，直接呼叫。如果找不到，往下進行
3、沒有在訊息接受者receiverClass的cache中找到方法，則從receiverClass的class_rw_t中查詢方法，如果找到方法，執行方法，並把該方法快取到receiverClass的cache中；如果沒有找到，往下進行
4、沒有在receiverClass中找到方法，則通過superClass指標找到superClass，也是現在快取中查詢，如果找到，執行方法，並把該方法快取到receiverClass的cache中；如果沒有找到，往下進行
5、沒有在訊息接受者superClass的cache中找到方法，則從superClass的class_rw_t中查詢方法，如果找到方法，執行方法，並把該方法快取到receiverClass的cache中；如果沒有找到，重複4、5步驟。如果找不到了superClass了，往下進行
6、如果在最底層的superClass也找不到該方法，則要轉到動態方法解析

動態方法解析

訊息傳送2.png

開發者可以實現以下方法，來動態新增方法實現

+resolveInstanceMethod:
+resolveClassMethod:
動態解析過後，會重新走“訊息傳送”的流程，從receiverClass的cache中查詢方法這一步開始執行

訊息轉發

如果方法一個方法在訊息傳送階段沒有找到相關方法，也沒有進行動態方法解析，這個時候就會走到訊息轉發階段了。

訊息傳送6.png

呼叫 forwardingTargetForSelector ，返回值不為nil時，會呼叫 objc_msgSend (返回值, SEL)
呼叫 methodSignatureForSelector ,返回值不為nil，呼叫forwardInvocation:方法；返回值為nil時，呼叫 doesNotRecognizeSelector: 方法
開發者可以在 forwardInvocation: 方法中自定義任何邏輯
以上方法都有物件方法、類方法2個版本（前面可以是加號+，也可以是減號-）

3、什麼是Runtime？平時專案中有用過麼？

OC是一門動態性比較強的程式語言，允許很多操作推遲到程式執行時再進行
OC的動態性就是由Runtime來支撐和實現的，Runtime是一套C語言的API，封裝了很多動態性相關的函式
平時編寫的OC程式碼，底層都是轉換成了Runtime API進行呼叫

具體應用

利用關聯物件（AssociatedObject）給分類新增屬性
遍歷類的所有成員變數（修改textfield的佔位文字顏色、字典轉模型、自動歸檔解檔）
交換方法實現（交換系統的方法）
利用訊息轉發機制解決方法找不到的異常問題

4、super的本質

super呼叫，底層會轉換為objc_msgSendSuper2函式的呼叫，接收2個引數
```
struct objc_super2
SEL
```
receiver是訊息接收者
current_class是receiver的Class物件

具體實現請參考：

RunLoop

1、講講 RunLoop，專案中有用到嗎？

1、定時器切換的時候，為了保證定時器的準確性，需要新增runLoop

2、在聊天介面，我們需要持續的把聊天資訊存到資料庫中，這個時候需要開啟一個保活執行緒，在這個執行緒中處理

2、runloop內部實現邏輯

每次執行RunLoop，執行緒的RunLoop會自動處理之前未處理的訊息，並通知相關的觀察者。具體順序

1、通知觀察者（observers）RunLoop即將啟動
2、通知觀察者（observers）任何即將要開始的定時器
3、通知觀察者（observers）即將處理source0事件
4、處理source0
5、如果有source1，跳到第9步
6、通知觀察者（observers）執行緒即將進入休眠
7、將執行緒置於休眠知道任一下面的事件發生
- 1、source0事件觸發
- 2、定時器啟動
- 3、外部手動喚醒
8、通知觀察者（observers）執行緒即將喚醒
9、處理喚醒時收到的時間，之後跳回2
- 1、如果使用者定義的定時器啟動，處理定時器事件
- 2、如果source0啟動，傳遞相應的訊息
10、通知觀察者RunLoop結束

RunLoop7.png

3、RunLoop與執行緒

每條執行緒都有唯一的一個與之對應的RunLoop物件
RunLoop儲存在一個全域性的Dictionary裡，執行緒作為key，RunLoop作為value
執行緒剛建立時並沒有RunLoop物件，RunLoop會在第一次獲取它時建立
RunLoop會線上程結束時銷燬
主執行緒的RunLoop已經自動獲取（建立），子執行緒預設沒有開啟RunLoop

4、timer 與 runloop 的關係？

一個RunLoop包含若干個Mode，每個Mode又包含若干個Source0/Source1/Timer/Observer
RunLoop啟動時只能選擇其中一個Mode，作為currentMode
如果需要切換Mode，只能退出當前Loop，再重新選擇一個Mode進入
不同組的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔開來，互不影響
如果Mode裡沒有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop會立馬退出

解決定時器在滾動檢視上面失效問題 NSTimer新增到兩種RunLoop中

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

5、RunLoop有幾種狀態

kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即將進入RunLoop 
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即將處理Timer 
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理Source 
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), //即將進入休眠 
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 剛從休眠中喚醒
 kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即將退出RunLoop

**6、RunLoop的mode的作用 **

RunLoop的mode的作用系統註冊了5中mode

kCFRunLoopDefaultMode //App的預設Mode，通常主執行緒是在這個Mode下執行
UITrackingRunLoopMode //介面跟蹤 Mode，用於 ScrollView 追蹤觸控滑動，保證介面滑動時不受其他 Mode 影響
UIInitializationRunLoopMode // 在剛啟動 App 時第進入的第一個 Mode，啟動完成後就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode // 接受系統事件的內部 Mode，通常用不到
kCFRunLoopCommonModes //這是一個佔位用的Mode，不是一種真正的Mode

但是我們只能使用兩種mode

kCFRunLoopDefaultMode //App的預設Mode，通常主執行緒是在這個Mode下執行
UITrackingRunLoopMode //介面跟蹤 Mode，用於 ScrollView 追蹤觸控滑動，保證介面滑動時不受其他 Mode 影響

具體實現請參考： 7、RunLoop實現原理

多執行緒

1、你理解的多執行緒？

2、iOS的多執行緒方案有哪幾種？你更傾向於哪一種？

3、你在專案中用過 GCD 嗎？

4、GCD 的佇列型別

5、說一下 OperationQueue 和 GCD 的區別，以及各自的優勢

6、執行緒安全的處理手段有哪些？

使用執行緒鎖

1、OSSpinLock
2、os_unfair_lock
3、pthread_mutex
4、dispatch_semaphore
5、dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
6、NSLock
7、NSRecursiveLock
8、NSCondition
9、NSConditionLock
10、@synchronized
11、pthread_rwlock
12、dispatch_barrier_async
13、atomic

7、執行緒通訊

執行緒間通訊的體現

1、一個執行緒傳遞資料給另一個執行緒
2、在一個執行緒中執行完特定任務後，轉到另一個執行緒繼續執行任務

1、NSThread

可以先將自己的當前執行緒物件註冊到某個全域性的物件中去，這樣相互之間就可以獲取對方的執行緒物件，然後就可以使用下面的方法進行執行緒間的通訊了，由於主執行緒比較特殊，所以框架直接提供了在主執行緒執行的方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

2、GCD

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

 });

記憶體管理

1、使用CADisplayLink、NSTimer有什麼注意點？

CADisplayLink、NSTimer會對target產生強引用，如果target又對它們產生強引用，那麼就會引發迴圈引用

2、介紹下記憶體的幾大區域

程式碼段：編譯之後的程式碼
資料段
- 字串常量：比如NSString *str = @"123"
- 已初始化資料：已初始化的全域性變數、靜態變數等
- 未初始化資料：未初始化的全域性變數、靜態變數等
棧：函式呼叫開銷，比如區域性變數。分配的記憶體空間地址越來越小
堆：通過alloc、malloc、calloc等動態分配的空間，分配的記憶體空間地址越來越大

3、講一下你對 iOS 記憶體管理的理解

在iOS中，使用引用計數來管理OC物件的記憶體

一個新建立的OC物件引用計數預設是1，當引用計數減為0，OC物件就會銷燬，釋放其佔用的記憶體空間
呼叫retain會讓OC物件的引用計數+1，呼叫release會讓OC物件的引用計數-1

記憶體管理的經驗總結

當呼叫alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一個物件，在不需要這個物件時，要呼叫release或者autorelease來釋放它
想擁有某個物件，就讓它的引用計數+1；不想再擁有某個物件，就讓它的引用計數-1

可以通過以下私有函式來檢視自動釋放池的情況

extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

4、ARC 都幫我們做了什麼

LLVM + Runtime

LVVM生成release程式碼
RunTime負責執行

5、weak指標的實現原理

runtime維護了一個weak表，用於儲存指向某個物件的所有weak指標。weak表其實是一個hash（雜湊）表，key是所指物件的地址，Value是weak指標的地址（這個地址的值是所指物件指標的地址）陣列

1、初始化時：runtime會呼叫objc_initWeak函式，初始化一個新的weak指標指向物件的地址
2、新增引用時：objc_initWeak函式會呼叫 storeWeak() 函式， storeWeak() 的作用是更新指標指向，建立對應的弱引用表
3、釋放時,呼叫clearDeallocating函式。clearDeallocating函式首先根據物件地址獲取所有weak指標地址的陣列，然後遍歷這個陣列把其中的資料設為nil，最後把這個entry從weak表中刪除，最後清理物件的記錄

6、autorelease物件在什麼時機會被呼叫release

1、iOS在主執行緒的Runloop中註冊了2個Observer
2、第1個Observer監聽了kCFRunLoopEntry事件，會呼叫objc_autoreleasePoolPush()
3、第2個Observer監聽了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，會呼叫objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush() 監聽了kCFRunLoopBeforeExit事件，會呼叫objc_autoreleasePoolPop()
autoreleased 物件是在 runloop 的即將進入休眠時進行釋放的

7、方法裡有區域性物件，出了方法後會立即釋放嗎

在ARC情況下會立即釋放

在MRC情況下，物件是在 runloop 的即將進入休眠時進行釋放的