在上一篇文章iOS-底層原理10：消息流程分析之快速查找 中，分析了消息快速查找流程吨铸，如果快速查不到，則需要進入慢速查找流程竭缝，本文將對此進行分析咙俩。

objc_msgSend 慢速查找流程分析

1. 慢速查找-匯編部分

在快速查找流程中阿趁，如果沒有找到方法實現(xiàn)脖阵，無論是走到CheckMiss還是JumpMiss呜呐，最終都會走到__objc_msgSend_uncached匯編函數(shù)

step1: 在objc-msg-arm64.s文件中查找__objc_msgSend_uncached的匯編實現(xiàn)

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

其中的核心是MethodTableLookup（即查詢方法列表）

step2: 搜索MethodTableLookup的匯編實現(xiàn)

.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

其中的核心是_lookUpImpOrForward

2. 驗證

上述匯編流程可以通過匯編調(diào)試來驗證

step1: 在main函數(shù)中，例如[person instanceMethod1]對象方法調(diào)用處加一個斷點洋魂，運行程序

截屏2020-11-30 下午3.14.56.png

step2: 開啟匯編調(diào)試【Debug -- Debug worlflow -- 勾選Always show Disassembly】

step3: 自動跳轉(zhuǎn)到匯編代碼忧设，在objc_msgSend處加一個斷點并運行到斷點處

step4: 按住control + stepinto，進入objc_msgSend的匯編谨垃，運行到_objc_msgSend_uncached

step5: 按住control + stepinto刘陶，運行到lookUpImpOrForward

從上可以看出lookUpImpOrForward，此時并不是匯編實現(xiàn)纷责，它的實現(xiàn)在objc-runtime-new.mm文件中

注：

1再膳、C/C++中調(diào)用 匯編 喂柒，去查找匯編時灾杰，C/C++調(diào)用的方法需要多加一個下劃線
2吠撮、匯編 中調(diào)用 C/C++方法時，去查找C/C++方法题禀，需要將匯編調(diào)用的方法去掉一個下劃線

3. 慢速查找- C/C++部分

在上面得知lookUpImpOrForward 是在objc-runtime-new.mm文件中實現(xiàn)的迈嘹，就在這個文件中搜索lookUpImpOrForward找到了源碼實現(xiàn)秀仲，這是一個c實現(xiàn)的函數(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();

    // 快速查找神僵，如果找到則直接返回imp
    //目的：防止多線程操作時保礼，剛好調(diào)用函數(shù)炮障，此時緩存進來了
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) { 
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }
    
    //加鎖，目的是保證讀取的線程安全
    runtimeLock.lock();
    
    //判斷是否是一個已知的類：判斷當前類是否是已經(jīng)被認可的類智末，即已經(jīng)加載的類
    checkIsKnownClass(cls); 
    
    //判斷類是否實現(xiàn)吹害，如果沒有它呀，需要先實現(xiàn)纵穿，此時的目的是為了確定父類鏈淆院，方法后續(xù)的循環(huán)
    if (slowpath(!cls->isRealized())) { 
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
    }

    //判斷類是否初始化土辩，如果沒有拷淘，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)時作了減一操作启涯，然后再次循環(huán)時,仍在上限的范圍內(nèi)结洼，所以可以繼續(xù)遞歸）
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) { 
        //---當前類方法列表（采用二分查找算法）松忍，如果找到挽铁，則返回叽掘，將方法緩存到cache中
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
        //當前類 = 當前類的父類，并判斷父類是否為nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            //--未找到方法實現(xiàn)浓镜，方法解析器也不行膛薛，使用轉(zhuǎn)發(fā)
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父類鏈中存在循環(huán)补鼻，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，則停止查找沪么，且不緩存禽车，首先調(diào)用此類的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            //如果在父類中殉摔，找到了此方法钦勘，將其存儲到cache中
            goto done;
        }
    }

    //沒有找到方法實現(xiàn)，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腐缤，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;
}

將lookUpImpOrForward函數(shù)代碼一行行分解

3.1 初始化

// 定義的消息轉(zhuǎn)發(fā)
const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache; 
IMP imp = nil;
Class curClass;

問題：forward_imp是什么惜索？

對應的流程圖:

解答: forward_imp 就是未找到imp的函數(shù)實現(xiàn)

3.2 cache緩存中進行查找，即快速查找

// 快速查找虎囚，如果找到則直接返回imp
//目的：防止多線程操作時，剛好調(diào)用函數(shù)圃伶，此時緩存進來了
if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) { 
    imp = cache_getImp(cls, sel);
    if (imp) goto done_nolock;
}

//behavior = 3窒朋，LOOKUP_NIL=8
done_nolock:
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
        return nil;
    }
    return imp;

主要目的：

• 可能多個線程都在執(zhí)行objc_msgSend任務侥猩，在你第一次高速查找未找到時欺劳，可能其他線程已將cls的sel和imp寫入了cls的緩存杰标。

問題：第一次進來會執(zhí)行快速查找嗎腔剂？
解答:
我們先看下方法調(diào)用時傳進來的參數(shù)

因為LOOKUP_CACHE = 4掸犬， behavior = 3宙攻，二進制得出 behavior & LOOKUP_CACHE = 0座掘，if判斷條件不成立溢陪，所以第一次不會執(zhí)行快速查找

初次進入lookUpImpOrForward是從緩存進入的形真，所以沒必要再在緩存中進行查詢咆霜，但是后續(xù)再次進入時蛾坯，控制入?yún)ehavior的值见咒，會觸發(fā)cache_getImp緩存查詢

3.3 判斷cls

3.3.1 是否是已知類改览，如果不是宝当，則報錯

checkIsKnownClass(cls);

3.3.2 類是否實現(xiàn)庆揩，如果沒有，則需要先實現(xiàn)蚌吸，確定其父類鏈羹唠，此時實例化的目的是為了確定父類鏈佩微、ro哺眯、以及rw等奶卓，方法后續(xù)數(shù)據(jù)的讀取以及查找的循環(huán)

if (slowpath(!cls->isRealized())) { 
   cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
}

3.3.3 是否初始化，如果沒有，則初始化

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

3.4 for循環(huán)坊萝，按照類繼承鏈 或者 元類繼承鏈的順序查找

// 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)時作了減一操作，然后再次循環(huán)時,仍在上限的范圍內(nèi)园细，所以可以繼續(xù)遞歸）
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) { 
        //---當前類方法列表（采用二分查找算法）狮崩，如果找到，則返回诽凌，將方法緩存到cache中
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
        //當前類 = 當前類的父類侣诵，并判斷父類是否為nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            //--未找到方法實現(xiàn)窝趣，方法解析器也不行，使用轉(zhuǎn)發(fā)
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父類鏈中存在循環(huán)幻馁，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仗嗦，則停止查找膘滨，且不緩存，首先調(diào)用此類的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            //如果在父類中稀拐，找到了此方法火邓，將其存儲到cache中
            goto done;
        }
    }

part1 當前cls的方法列表中使用二分查找算法查找方法，如果找到德撬，則進入cache寫入流程铲咨，并返回imp，如果沒有找到蜓洪，則返回nil

part2 當前cls被賦值為父類纤勒，如果父類等于nil隆檀，則imp = 消息轉(zhuǎn)發(fā)，并終止遞歸，進入step4

part3 如果父類鏈中存在循環(huán)司训，則報錯统扳，終止循環(huán)

part4 父類緩存中查找方法：如果imp == forward_imp若未，跳出循環(huán)；如果找到，則直接返回imp，執(zhí)行cache寫入流程；如果未找到啡彬，則直接返回nil吃衅，繼續(xù)循環(huán)查找利职。

3.5 判斷是否執(zhí)行過動態(tài)方法解析

//沒有找到方法實現(xiàn)热押，嘗試一次方法解析
//// behavior 默認為3, LOOKUP_RESOLVER為2
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
//動態(tài)方法決議的控制條件牙寞，表示流程只走一次
   behavior ^= LOOKUP_RESOLVER; // behavior取LOOKUP_RESOLVER的反
   return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}

• 首次進入:behavior=3, LOOKUP_RESOLVER = 2雷蹂， behavior & LOOKUP_RESOLVER = 2 （二進制計算）, if條件成立萎庭。
• behavior取LOOKUP_RESOLVER的反吗购，LOOKUP_RESOLVER & LOOKUP_RESOLVER的反 = 0踱启。
• 所以這個補救機會琐凭，只會進入一次愁憔。

慢速查找對應的流程圖如下:

上面慢速查找整體流程梳理了一遍，下面重點講解一下二分查找

getMethodNoSuper_nolock方法：二分查找方法列表

step1: getMethodNoSuper_nolock函數(shù)源碼

static method_t *
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
    auto const methods = cls->data()->methods();
    // 二分查找
    // 在 objc_object 的 class_rw_t *data() 的 methods 。
    // beginLists : 第一個方法的指針地址。
    // endLists : 最后一個方法的指針地址刀脏。
    // 每次遍歷后向后移動一位地址金麸。
    for (auto mlists = methods.beginLists(),
              end = methods.endLists();
         mlists != end;
         ++mlists)
    {
        // 對 `sel` 參數(shù)和 `method_t` 做匹配，如果匹配上則返回限书。
        method_t *m = search_method_list_inline(*mlists, sel);
        if (m) return m;
    }

    return nil;
}

step2: search_method_list_inline函數(shù)源碼

// 根據(jù)傳入的 SEL，查找對應的 method_t 結(jié)構體
ALWAYS_INLINE static method_t *
search_method_list_inline(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
    int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();
    int methodListHasExpectedSize = mlist->entsize() == sizeof(method_t);
    
    if (fastpath(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize)) {
        return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
    } else {
        for (auto& meth : *mlist) {
            // SEL 本質(zhì)上就是字符串，查找的過程就是進行字符串對比
            if (meth.name == sel) return &meth;
        }
    }

    return nil;
}

step3: 二分查找核心代碼

二分查找前提是排序

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; 
    uint32_t count;
    //base相當于min，count是max普办，probe是middle橱健，這就是二分
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
        //從首地址+下標 --> 移動到中間位置（count >> 1 右移1位即 count/2 ）
        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亮隙，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蝇狼，在存儲分類---按照先進后出的原則栖秕，分類方法最先出，而我們要取的類方法尔艇，所以需要先排除分類方法）
                //如果是兩個分類，就看誰先進行加載
                probe--;
            }
            return (method_t *)probe;
        }
        
        //如果keyValue 大于 probeValue蕊退，就往probe即中間位置的右邊查找
        if (keyValue > probeValue) { 
            base = probe + 1;
            count--;
        }
    }
    
    return nil;
}

算法原理簡述為：從第一次查找開始屿附，每次都取中間位置型宙，與想查找的key的value值作比較腺逛，如果相等玉罐，則需要排除分類方法癣蟋，然后將查詢到的位置的方法實現(xiàn)返回，如果不相等洪囤，則需要繼續(xù)二分查找，如果循環(huán)至count = 0還是沒有找到跨新，則直接返回nil，如下所示：

cache_getImp方法：父類緩存查找

cache_getImp方法是通過匯編_cache_getImp實現(xiàn)，傳入的$0 是 GETIMP，如下所示

父類緩存查找

• 如果父類緩存中找到了方法實現(xiàn)，則跳轉(zhuǎn)至CacheHit即命中楚堤，則直接返回imp

• 如果在父類緩存中愿待，沒有找到方法實現(xiàn)浩螺，則跳轉(zhuǎn)至CheckMiss 或者JumpMiss，通過判斷$0 跳轉(zhuǎn)至LGetImpMiss仍侥，直接返回nil要出。

【總結(jié)】

* 對于對象方法（即實例方法），即在類中查找农渊，其慢速查找的父類鏈是：類 --> 父類 --> 根類 --> nil

* 對于類方法患蹂，即在元類中查找，其慢速查找的父類鏈是：元類 --> 根元類 --> 根類 --> nil

* 如果快速查找砸紊、慢速查找也沒有找到方法實現(xiàn)况脆，則嘗試動態(tài)方法決議

* 如果動態(tài)方法決議仍然沒有找到，則進行消息轉(zhuǎn)發(fā)