iOS 模块分解— Runtime

相信对于从事开发人员来说 runtime 这个名称都不陌生，就像我起初只知道「 runtime 叫运行时 」，后来知道 runtime 同样可以像 KVC 一样访问私有成员变量，还有「 给类动态添加属性：LNTextField.placeholderColor || 交换方法：imageNamed => ln_imageNamed 」，还有深入的 「 消息机制的调用流程 || 字典转模型 || 实现NSCoding归解档 」以及我们常说的“黑魔法” 是什么？

runtime 是编程中比较难的模块，想要深入学习，这个模块你必须掌握，同样还有写的另一篇 runloop 模块，下面是我对 runtime 的整理，从零开始，由浅入深，且带了几个 Runtime 实践场景 --> 大厂来的工友们可选择性路过。

目录： 🤡 、 👨‍💻、👙

  1. runtime.h 释义
  2. 消息机制
    1.isa指针释义
    2.方法调用，是否真的是转换为消息机制？
    2.objc_msgSend 参数概念释义
  3. 消息机制（方法调用流程）
  4. 常见作用
  5. 开发场景「工作掌握」
    1.交换方法
    2.给系统分类动态添加属性
    3.字典转模型（Runtime 考虑三种情况实现）
  6. 其它作用「面试熟悉」
    1.动态添加方法
    2.动态变量控制
    3.实现NSCoding的自动归档和解档
    4.runtime 部分函数
    5.method swizzling（俗称黑魔法）
  7. 一道面试题的注解
  8. 模块博文推荐(❤️数量较多)
  9. Runtime & Runloop 常面问题整理（附答案）
  10. Demo 重要的部分代码中都有相应的注解和文字打印，运行程序可以很直观的表现
  11. iOS 模块注解—「Runloop面试、工作」看我就 🐒 了 ^_^.

释义

Objective-C 是基于 C 的，它为 C 添加了面向对象的特性。它将很多静态语言在编译和链接时期做的事放到了 runtime 运行时来处理，可以说 runtime 是我们 Objective-C 幕后工作者。
1.runtime（简称运行时），是一套 纯C(C和汇编)写的API。而 OC 就是运行时机制，也就是在运行时候的一些机制，其中最主要的是 消息机制。

2.对于 C 语言，函数的调用在编译的时候会决定调用哪个函数。

3.运行时机制原理：OC的函数调用称为消息发送，属于 动态调用过程。在 编译的时候 并不能决定真正调用哪个函数，只有在真 正运行的时候 才会根据函数的名称找到对应的函数来调用。

4.事实证明：在编译阶段，OC 可以 调用任何函数，即使这个函数并未实现，只要声明过就不会报错，只有当运行的时候才会报错，这是因为OC是运行时动态调用的。而 C 语言 调用未实现的函数 就会报错。

消息机制

我们写 OC 代码，它在运行的时候也是转换成了 runtime 方式运行的。任何方法调用本质：就是发送一个消息（用 runtime发送消息，OC 底层实现通过 runtime 实现），每一个 OC 的方法，底层必然有一个与之对应的 runtime 方法。

验证示例：方法调用，是否真的是转换为消息机制？

消息机制原理：对象根据方法编号SEL去映射表查找对应的方法实现。
注解：
1.必须要导入头文件 #import <objc/message.h>
2.我们导入系统的头文件，一般用尖括号。
3.OC 解决消息机制方法提示步骤【查找build setting -> 搜索msg -> objc_msgSend（YES --> NO）】
4.最终生成消息机制，编译器做的事情，最终代码，需要把当前代码用xcode重新编译，【clang -rewrite-objc main.m 查看最终生成代码】，示例：cd main.m --> 输入前面指令，就会生成 .opp文件(C++代码)
5.这里一般不会直接导入<objc/runtime.h>

示例代码：OC 方法 <--> runtime 方法

objc_msgSend 参数概念

消息机制「方法调用流程」

面试：消息机制方法调用流程❓
怎么去调用eat方法，
对象方法：(保存到类对象的方法列表) ，类方法：(保存到元类(Meta Class)中方法列表)。

1.OC 在向一个对象发送消息时，runtime 库会根据对象的 isa指针找到该对象对应的类或其父类中查找方法。。
2.注册方法编号（这里用方法编号的好处，可以快速查找）。
3.根据方法编号去查找对应方法。
4.找到只是最终函数实现地址，根据地址去方法区调用对应函数。

补充：一个objc 对象的 isa 的指针指向什么？有什么作用？
每一个对象内部都有一个isa指针，这个指针是指向它的真实类型，根据这个指针就能知道将来调用哪个类的方法。

isa指针相关释义

上面也提到OC底层都是转化为runtime方式来实现的，类和类的实例（对象）都相对于的isa指针。
我们可以在Xcode中使用 [Shift＋Cmd＋O ] 快速打开文件objc.h 能看到类的定义：
objc.h
isa：是一个Class 类型的指针
runtime 对象，类，元类的isa指针关系图.png
总结：runtime 对象，类，元类的isa指针关系图
1、每一个对象本质上都是一个类的实例。其中类定义了成员变量和成员方法的列表。对象通过对象的isa指针指向所属类。
2、每一个类本质上都是一个对象，类其实是元类（meteClass）的实例。元类定义了类方法的列表。类通过类的isa指针指向元类。
3、元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时，先会从本身查找类方法的实现，如果没有，元类会向他父类查找该方法。同时注意的是：元类（meteClass）也是类，它也是对象。元类通过isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass)。
4、根元类的isa指针指向本身，这样形成了一个封闭的内循环。

常见作用

开发场景「工作掌握」

runtime 交换方法

场景：当第三方框架 或者 系统原生方法功能不能满足我们的时候，我们可以在保持系统原有方法功能的基础上，添加额外的功能。

需求：加载一张图片直接用[UIImage imageNamed:@"image"];是无法知道到底有没有加载成功。给系统的imageNamed添加额外功能（是否加载图片成功）。
方案一：继承系统的类，重写方法.（弊端：每次使用都需要导入）
方案二：使用 runtime，交换方法.

步骤：
1.给系统的方法添加分类
2.自己实现一个带有扩展功能的方法
3.交换方法,只需要交换一次,

场景代码：方法+调用+打印输出

总结：
我们所做的就是在方法调用流程第三步的时候，交换两个方法地址指向。而且我们改变指向要在系统的imageNamed:方法调用前，所以将代码写在了分类的load方法里。最后当运行的时候系统的方法就会去找我们的方法的实现。

给系统分类动态添加属性

场景：给系统的类添加额外属性的时候，可以使用runtime动态添加属性方法。
原理：给一个类声明属性，其实本质就是给这个类添加关联，并不是直接把这个值的内存空间添加到类存空间。
注解：给系统 NSObject 添加一个分类，我们知道在分类中是不能够添加成员属性的，虽然我们用了@property，但是仅仅会自动生成get和set方法的声明，并没有带下划线的属性和方法实现生成。但是我们可以通过runtime就可以做到给它方法的实现。

需求：给系统 NSObject 类动态添加属性 name 字符串。

场景代码：方法+调用+打印

总结：
其实，属性赋值的本质，就是让属性与一个对象产生关联，所以要给NSObject的分类的name属性赋值就是让name和NSObject产生关联，而runtime可以做到这一点。

字典转模型

字典转模型的方式：

  • 给模型中属性，在 .m 依次赋值（初学者）。
  • 字典转模型 KVC 实现
    • KVC 字典转模型弊端：必须保证，模型中的属性和字典中的key 一一对应。
    • 如果不一致，就会调用[<Status 0x7fa74b545d60> setValue:forUndefinedKey:] 报key找不到的错。
    • 分析：模型中的属性和字典的key不一一对应，系统就会调用setValue:forUndefinedKey:报错。
    • 解决：重写对象的setValue:forUndefinedKey:，把系统的方法覆盖，就能继续使用KVC，字典转模型了。
  • 字典转模型 Runtime 实现

    • 思路：利用运行时，遍历模型中所有属性，根据模型的属性名，去字典中查找key，取出对应的值，给模型的属性赋值（从提醒：字典中取值，不一定要全部取出来）；提供一个NSObject分类，专门字典转模型，以后所有模型都可以通过这个分类实现字典转模型。

    • 考虑情况：
      1.当字典的key和模型的属性匹配不上。
      2.模型中嵌套模型（模型属性是另外一个模型对象）。
      3.数组中装着模型（模型的属性是一个数组，数组中是一个个模型对象）。

    • 注解：
      根据上面的三种特殊情况，先是字典的key和模型的属性不对应的情况。不对应有两种，一种是字典的键值大于模型属性数量，这时候我们不需要任何处理，因为runtime是先遍历模型所有属性，再去字典中根据属性名找对应值进行赋值，多余的键值对也当然不会去看了；另外一种是模型属性数量大于字典的键值对，这时候由于属性没有对应值会被赋值为nil，就会导致crash，我们只需加一个判断即可。考虑三种情况下面一一注解
  • MJExtension 字典转模型实现
    • 底层也是对 runtime 的封装，才可以把一个模型中所有属性遍历出来。（我之所以看不懂，是MJ封装了很多层而已^_^.）。

示例：runtime 字典转模型考虑三种情况
Runtime 字典转模型

1、runtime 字典转模型-->字典的 key 和模型的属性不匹配「模型属性数量大于字典键值对数」，这种情况处理如下：

注解：
这里在获取模型类中的所有属性名，是采取 class_copyIvarList 先获取成员变量（以下划线开头） ，然后再处理成员变量名，字典中的key(去掉 _ ,从第一个角标开始截取) 得到属性名。

原因：

2、runtime 字典转模型-->模型中嵌套模型「模型属性是另外一个模型对象」，这种情况处理如下：
3、runtime 字典转模型-->数组中装着模型「模型的属性是一个数组，数组中是字典模型对象」，这种情况处理如下：

总结：
我们既然能获取到属性类型，那就可以拦截到模型的那个数组属性，进而对数组中每个模型遍历并字典转模型，但是我们不知道数组中的模型都是什么类型，我们可以声明一个方法，该方法目的不是让其调用，而是让其实现并返回模型的类型。

这里提到的你如果不是很清楚，建议参考我的Demo，重要的部分代码中都有相应的注解和文字打印，运行程序可以很直观的表现。

其它作用「面试熟悉」

动态添加方法

场景：如果一个类方法非常多，加载类到内存的时候也比较耗费资源，需要给每个方法生成映射表，可以使用动态给某个类，添加方法解决。

注解：OC 中我们很习惯的会用懒加载，当用到的时候才去加载它，但是实际上只要一个类实现了某个方法，就会被加载进内存。当我们不想加载这么多方法的时候，就会使用到 runtime 动态的添加方法。

需求：runtime 动态添加方法处理调用一个未实现的方法 和 去除报错。

场景代码：方法+调用+打印输出

实现NSCoding的自动归档和解档

如果你实现过自定义模型数据持久化的过程，那么你也肯定明白，如果一个模型有许多个属性，那么我们需要对每个属性都实现一遍encodeObject 和 decodeObjectForKey方法，如果这样的模型又有很多个，这还真的是一个十分麻烦的事情。下面来看看简单的实现方式。

假设现在有一个Movie类，有3个属性。先看下 .h文件

如果是正常写法，.m 文件应该是这样的：

如果这里有100个属性，那么我们也只能把100个属性都给写一遍吗。
不过你会使用runtime后，这里就有更简便的方法，如下。

这样的方式实现，不管有多少个属性，写这几行代码就搞定了。
下面看看更加简便的方法：两句代码搞定。

优化：
上面是encodeWithCoder 和 initWithCoder这两个方法抽成宏。我们可以把这两个宏单独放到一个文件里面，这里以后需要进行数据持久化的模型都可以直接使用这两个宏。

runtime 下Class的各项操作

1.runtime 部分函数

method swizzling（俗称黑魔法）

  • 简单说就是进行方法交换
  • 在Objective-C中调用一个方法，其实是向一个对象发送消息，查找消息的唯一依据是selector的名字。利用Objective-C的动态特性，可以实现在运行时偷换selector对应的方法实现，达到给方法挂钩的目的
  • 每个类都有一个方法列表，存放着方法的名字和方法实现的映射关系，selector的本质其实就是方法名，IMP有点类似函数指针，指向具体的Method实现，通过selector就可以找到对应的IMP。

selector --> 对应的IMP

  • 交换方法的几种实现方式
    • 利用 method_exchangeImplementations 交换两个方法的实现
    • 利用 class_replaceMethod 替换方法的实现
    • 利用 method_setImplementation 来直接设置某个方法的IMP。

交换方法

这里可以参考简友这篇：Runtime Method Swizzling开发实例汇总

一道面试题的注解

下面的代码输出什么?

先思考一下，会打印出来什么❓

答案：都输出 Son

  • class 获取当前方法的调用者的类，superClass 获取当前方法的调用者的父类，super 仅仅是一个编译指示器，就是给编译器看的，不是一个指针。
  • 本质：只要编译器看到super这个标志，就会让当前对象去调用父类方法，本质还是当前对象在调用

这个题目主要是考察关于objc中对 self 和 super 的理解：

  • self 是类的隐藏参数，指向当前调用方法的这个类的实例。而 super 本质是一个编译器标示符，和 self 是指向的同一个消息接受者

  • 当使用 self 调用方法时，会从当前类的方法列表中开始找，如果没有，就从父类中再找；

  • 而当使用 super时，则从父类的方法列表中开始找。然后调用父类的这个方法

  • 调用 [self class] 时，会转化成 objc_msgSend 函数

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Runtime & Runloop 常面问题整理（附答案）

同一个面试问题并非只有一个答案，而同一个答案并不是在任何面试场合都有效，关键在于应聘者掌握了规律后，对面试的具体情况进行把握，有意识地揣摩面试官提出问题的心理 (真实问答)，要 get 的到问的点，然后答其所问，算是“ 投其所好 ”吧。
摘录：
http://www.jianshu.com/p/56e40ea56813
http://www.jianshu.com/p/f9eb6b315c08

Runtime
01 / objc在向一个对象发送消息时，发生了什么？
参考1：根据对象的 isa 指针找到类对象 id，在查询类对象里面的 methodLists 方法函数列表，如果没有在好到，在沿着 superClass ,寻找父类，再在父类 methodLists 方法列表里面查询，最终找到 SEL ,根据 id 和 SEL 确认 IMP（指针函数）,在发送消息；
02 / 问题：什么时候会报unrecognized selector错误？iOS有哪些机制来避免走到这一步？
参考1：当发送消息的时候，我们会根据类里面的 methodLists 列表去查询我们要动用的SEL，当查询不到的时候，我们会一直沿着父类查询，当最终查询不到的时候我们会报 unrecognized selector 错误，当系统查询不到方法的时候，会调用 +(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel 动态解释的方法来给我一次机会来添加，调用不到的方法。或者我们可以再次使用 -(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 重定向的方法来告诉系统，该调用什么方法，一来保证不会崩溃。
03 / 问题：能否向编译后得到的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类中添加实例变量？为什么？
参考1：1、不能向编译后得到的类增加实例变量 2、能向运行时创建的类中添加实例变量。
分析：1. 编译后的类已经注册在 runtime 中,类结构体中的 objc_ivar_list 实例变量的链表和 instance_size 实例变量的内存大小已经确定，runtime会调用 class_setvarlayout 或 class_setWeaklvarLayout 来处理strong weak 引用.所以不能向存在的类中添加实例变量。2. 运行时创建的类是可以添加实例变量，调用class_addIvar函数. 但是的在调用 objc_allocateClassPair 之后，objc_registerClassPair 之前,原因同上.
04 / 问题：runtime如何实现weak变量的自动置nil？
参考1：runtime 对注册的类， 会进行布局，对于 weak 对象会放入一个 hash 表中。 用 weak 指向的对象内存地址作为 key，当此对象的引用计数为0的时候会 dealloc，假如 weak 指向的对象内存地址是a，那么就会以a为键， 在这个 weak 表中搜索，找到所有以a为键的 weak 对象，从而设置为 nil。
05 / 问题：给类添加一个属性后，在类结构体里哪些元素会发生变化？
参考1：instance_size ：实例的内存大小；objc_ivar_list *ivars:属性列表
RunLoop
01 / 问题：runloop是来做什么的？runloop和线程有什么关系？主线程默认开启了runloop么？子线程呢？
参考1：runloop: 从字面意思看：运行循环、跑圈，其实它内部就是do-while循环，在这个循环内部不断地处理各种任务（比如Source、Timer、Observer）事件。runloop和线程的关系：一个线程对应一个RunLoop，主线程的RunLoop默认创建并启动，子线程的RunLoop需手动创建且手动启动（调用run方法）。RunLoop只能选择一个Mode启动，如果当前Mode中没有任何Source(Sources0、Sources1)、Timer，那么就直接退出RunLoop。
02 / 问题：runloop的mode是用来做什么的？有几种mode？
参考1：model:是runloop里面的运行模式，不同的模式下的runloop处理的事件和消息有一定的差别。系统默认注册了5个Mode:（1）kCFRunLoopDefaultMode: App的默认 Mode，通常主线程是在这个 Mode 下运行的。（2）UITrackingRunLoopMode: 界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响。（3）UIInitializationRunLoopMode: 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用。（4）GSEventReceiveRunLoopMode: 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到。（5）kCFRunLoopCommonModes: 这是一个占位的 Mode，没有实际作用。注意iOS 对以上5中model进行了封装 NSDefaultRunLoopMode、NSRunLoopCommonModes
03 / 问题：为什么把NSTimer对象以NSDefaultRunLoopMode（kCFRunLoopDefaultMode）添加到主运行循环以后，滑动scrollview的时候NSTimer却不动了？
参考1：nstime对象是在 NSDefaultRunLoopMode下面调用消息的，但是当我们滑动scrollview的时候，NSDefaultRunLoopMode模式就自动切换到UITrackingRunLoopMode模式下面，却不可以继续响应nstime发送的消息。所以如果想在滑动scrollview的情况下面还调用nstime的消息，我们可以把nsrunloop的模式更改为NSRunLoopCommonModes.
04 / 问题：苹果是如何实现Autorelease Pool的？
参考1：Autorelease Pool作用：缓存池，可以避免我们经常写relase的一种方式。其实就是延迟release，将创建的对象，添加到最近的autoreleasePool中，等到autoreleasePool作用域结束的时候，会将里面所有的对象的引用计数器 - autorelease.

附上写的小样 Demo，重要的部分代码中都有相应的注解和文字打印，运行程序可以很直观的表现

Reading

    • 各位厂友，由于「时间 & 知识」有限，总结的文章难免有「未全、不足」，该模块将系统化学习，后替换、补充文章内容 ~
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posted on 2018-09-20 15:55  无情风91  阅读(315)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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