iOS底層原理之objc_msgSend方法查找下

??在上一篇文章iOS開發(fā)之msg_Send快速查找中镊辕，我們了解了方法的匯編快速查找流程渊涝，接下來我們是慢速查找的過程分析微猖。

objc_msgSend慢速查找

在快速查找過程中凳忙，如果沒有找到方法實(shí)現(xiàn)嗡综，無論是走到CheckMiss還是JumpMiss蕴纳，最終都會走到__objc_msgSend_uncached匯編函數(shù)。

  • 在objc-msg-arm64.s文件中查找__objc_msgSend_uncached的匯編實(shí)現(xiàn)妥曲，其中的核心是MethodTableLookup（即查詢方法列表）
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves
// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p16 is the class to search
MethodTableLookup // 開始查詢方法列表
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgSend_uncached

搜索MethodTableLookup的匯編實(shí)現(xiàn)贾费，其中的核心是_lookUpImpOrForward，匯編源碼實(shí)現(xiàn)如下：

.macro MethodTableLookup
    
    // push frame
    SignLR
    stp fp, lr, [sp, #-16]!
    mov fp, sp

    // save parameter registers: x0..x8, q0..q7
    sub sp, sp, #(10*8 + 8*16)
    stp q0, q1, [sp, #(0*16)]
    stp q2, q3, [sp, #(2*16)]
    stp q4, q5, [sp, #(4*16)]
    stp q6, q7, [sp, #(6*16)]
    stp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
    stp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
    stp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
    stp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
    str x8,     [sp, #(8*16+8*8)]

    // lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER)
    // receiver and selector already in x0 and x1
    mov x2, x16
    mov x3, #3
    bl  _lookUpImpOrForward //核心源碼

    // IMP in x0
    mov x17, x0
    
    // restore registers and return
    ldp q0, q1, [sp, #(0*16)]
    ldp q2, q3, [sp, #(2*16)]
    ldp q4, q5, [sp, #(4*16)]
    ldp q6, q7, [sp, #(6*16)]
    ldp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
    ldp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
    ldp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
    ldp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
    ldr x8,     [sp, #(8*16+8*8)]

    mov sp, fp
    ldp fp, lr, [sp], #16
    AuthenticateLR

.endmacro

我們也可以在項(xiàng)目工程里通過匯編調(diào)試來驗(yàn)證問題檐盟，在main中褂萧，在hello方法處打一個(gè)斷點(diǎn)，然后開啟匯編調(diào)試【Debug -- Debug worlflow -- 勾選Always show Disassembly】葵萎，運(yùn)行程序


在objc_msgSend處加一個(gè)斷點(diǎn)导犹，按住control + stepinto
stepInto

進(jìn)入objc_msgSend的匯編
image.png

在_objc_msgSend_uncached加一個(gè)斷點(diǎn)，執(zhí)行斷住羡忘，按住control + stepinto

這里我們就能看到lookUpImpOrForward谎痢。我們查找匯編方法和C方法時(shí)候，需要注意：

1卷雕、C/C++中查找匯編方法時(shí)候节猿，需要多加一個(gè)下劃線
2、匯編查找C/C++方法時(shí)候漫雕，需要去掉一個(gè)下劃線

接下來我們來看看lookUpImpOrForward函數(shù)

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    // 定義的消息轉(zhuǎn)發(fā)
    const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache; 
    IMP imp = nil;
    Class curClass;

    runtimeLock.assertUnlocked();

    // 快速查找滨嘱，如果找到則直接返回imp
    //目的：防止多線程操作時(shí)，剛好調(diào)用函數(shù)浸间，此時(shí)緩存進(jìn)來了
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) { 
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }
    
    //加鎖太雨，目的是保證讀取的線程安全
    runtimeLock.lock();
    
    //判斷是否是一個(gè)已知的類：判斷當(dāng)前類是否是已經(jīng)被認(rèn)可的類，即已經(jīng)加載的類
    checkIsKnownClass(cls); 
    
    //判斷類是否實(shí)現(xiàn)魁蒜，如果沒有囊扳，需要先實(shí)現(xiàn)，此時(shí)的目的是為了確定父類鏈兜看，方法后續(xù)的循環(huán)
    if (slowpath(!cls->isRealized())) { 
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
    }

    //判斷類是否初始化锥咸，如果沒有，需要先初始化
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) { 
        cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
    }

    runtimeLock.assertLocked();
    curClass = cls;

    //----查找類的緩存
    
    // unreasonableClassCount -- 表示類的迭代的上限
    //（猜測這里遞歸的原因是attempts在第一次循環(huán)時(shí)作了減一操作铣减，然后再次循環(huán)時(shí),仍在上限的范圍內(nèi)她君，所以可以繼續(xù)遞歸）
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) { 
        //---當(dāng)前類方法列表（采用二分查找算法），如果找到葫哗，則返回缔刹，將方法緩存到cache中
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
        //當(dāng)前類 = 當(dāng)前類的父類球涛，并判斷父類是否為nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            //--未找到方法實(shí)現(xiàn)，方法解析器也不行校镐，使用轉(zhuǎn)發(fā)
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父類鏈中存在循環(huán)亿扁，則停止
        if (slowpath(--attempts == 0)) {
            _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
        }

        // --父類緩存
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (slowpath(imp == forward_imp)) { 
            // 如果在父類中找到了forward，則停止查找鸟廓，且不緩存从祝，首先調(diào)用此類的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            //如果在父類中，找到了此方法引谜，將其存儲到cache中
            goto done;
        }
    }
    //沒有找到方法實(shí)現(xiàn)牍陌，嘗試一次方法解析
    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        //動態(tài)方法決議的控制條件，表示流程只走一次
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER; 
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }
 done:
    //存儲到緩存
    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass); 
    //解鎖
    runtimeLock.unlock();
 done_nolock:
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
        return nil;
    }
    return imp;
}

  • 【第一步】cache緩存中進(jìn)行查找员咽，即快速查找毒涧，找到則直接返回imp，反之贝室，則進(jìn)入【第二步】

  • 【第二步】判斷cls

    • 是否是已知類契讲，如果不是，則報(bào)錯(cuò)

    • 類是否實(shí)現(xiàn)滑频，如果沒有捡偏，則需要先實(shí)現(xiàn)，確定其父類鏈峡迷，此時(shí)實(shí)例化的目的是為了確定父類鏈银伟、ro、以及rw等凉当，方法后續(xù)數(shù)據(jù)的讀取以及查找的循環(huán)

    • 是否初始化枣申，如果沒有，則初始化

  • 【第三步】for循環(huán)看杭，按照類繼承鏈 或者 元類繼承鏈的順序查找

    • 當(dāng)前cls的方法列表中使用二分查找算法查找方法，如果找到挟伙，則進(jìn)入cache寫入流程（在iOS-底層原理 11：objc_class 中 cache 原理分析文章中已經(jīng)詳述過）楼雹，并返回imp，如果沒有找到尖阔，則返回nil

    • 當(dāng)前cls被賦值為父類贮缅，如果父類等于nil，則imp = 消息轉(zhuǎn)發(fā)介却，并終止遞歸谴供，進(jìn)入【第四步】

    • 如果父類鏈中存在循環(huán)，則報(bào)錯(cuò)齿坷，終止循環(huán)

    • 父類緩存中查找方法

      • 如果未找到桂肌，則直接返回nil数焊，繼續(xù)循環(huán)查找

      • 如果找到，則直接返回imp崎场，執(zhí)行cache寫入流程

  • 【第四步】判斷是否執(zhí)行過動態(tài)方法解析

    • 佩耳，如果沒有，執(zhí)行動態(tài)方法解析

    • 如果執(zhí)行過一次動態(tài)方法解析谭跨，則走到消息轉(zhuǎn)發(fā)流程

以上就是方法的慢速查找流程干厚，下面在分別詳細(xì)解釋二分查找原理 以及 父類緩存查找詳細(xì)步驟

二分查找核心的源碼：
ALWAYS_INLINE static method_t *
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
    ASSERT(list);

    const method_t * const first = &list->first;
    const method_t *base = first;
    const method_t *probe;
    uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key; //key 等于 say666
    uint32_t count;
    //base相當(dāng)于low，count是max螃宙，probe是middle蛮瞄，這就是二分
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
        //從首地址+下標(biāo) --> 移動到中間位置（count >> 1 右移1位即 count/2 = 4）
        probe = base + (count >> 1); 
        
        uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
        
        //如果查找的key的keyvalue等于中間位置（probe）的probeValue，則直接返回中間位置
        if (keyValue == probeValue) { 
            // -- while 平移 -- 排除分類重名方法
            while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
                //排除分類重名方法（方法的存儲是先存儲類方法谆扎，在存儲分類---按照先進(jìn)后出的原則挂捅，分類方法最先出，而我們要取的類方法燕酷，所以需要先排除分類方法）
                //如果是兩個(gè)分類籍凝，就看誰先進(jìn)行加載
                probe--;
            }
            return (method_t *)probe;
        }
        
        //如果keyValue 大于 probeValue，就往probe即中間位置的右邊查找
        if (keyValue > probeValue) { 
            base = probe + 1;
            count--;
        }
    }
    
    return nil;
}

二分查找的原理：就是每次取中間值苗缩，和目標(biāo)的value做比較饵蒂，如果相等，就將目標(biāo)實(shí)現(xiàn)返回酱讶。如果不相等退盯，就繼續(xù)循環(huán)查找泛范，最后返回nil破花。

cache_getImp方法：父類緩存查找

cache_getImp方法是通過匯編_cache_getImp實(shí)現(xiàn)，傳入的$0是GETIMP剃盾，如下所示
如果父類緩存中找到了方法實(shí)現(xiàn)灶挟，則跳轉(zhuǎn)至CacheHit即命中琉朽，則直接返回imp

如果在父類緩存中，沒有找到方法實(shí)現(xiàn)稚铣，則跳轉(zhuǎn)至CheckMiss或者JumpMiss箱叁，通過判斷$0跳轉(zhuǎn)至ImpMiss，直接返回nil

方法未實(shí)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)源碼
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache

// No stret specialization.
b   __objc_msgForward

END_ENTRY __objc_msgForward_impcache

//??
ENTRY __objc_msgForward

adrp    x17, __objc_forward_handler@PAGE
ldr p17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]
TailCallFunctionPointer x17
    
END_ENTRY __objc_msgForward

編實(shí)現(xiàn)中查找__objc_forward_handler惕医，并沒有找到耕漱，在源碼中去掉一個(gè)下劃線進(jìn)行全局搜索_objc_forward_handler，有如下實(shí)現(xiàn)抬伺，本質(zhì)是調(diào)用的objc_defaultForwardHandler方法

// Default forward handler halts the process.
__attribute__((noreturn, cold)) void
objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)
{
    _objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "
                "(no message forward handler is installed)", 
                class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-', 
                object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;

這里就是我們最熟悉的錯(cuò)誤：unrecognized selector sent to instance %p " "(no message forward handler is installed)螟够，其中的類方法和對象方法的加減號其實(shí)就是底層拼接上去的。在底層并沒有類方法和對象方法之分。

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