iOS原理探索08--objc_msgSend慢速查找流程分析

上篇文章中objc_msgSend快速查找流程分析如果第二次遞歸還是找不到笤虫,即當(dāng)前的bucket等于buckets的第一個(gè)元素寇窑,那么開啟慢速查找躯泰,那么本篇?jiǎng)t是objc_msgSend慢速查找流程分析亭螟。

慢速查找源碼跟進(jìn)分析

上篇文章知道在快速查找中蘋果使用的是匯編實(shí)現(xiàn)的剂跟,在快速查找完成后會(huì)走到__objc_msgSend_uncached让簿,在工程中全局搜索__objc_msgSend_uncached噩峦,在objc-msg-arm64.s中可以找到具體的匯編實(shí)現(xiàn),慢速查找實(shí)際超找的是方法列表MethodTableLookup笼痹,

    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
    TailCallFunctionPointer x17

    END_ENTRY __objc_msgSend_uncached
  • MethodTableLookup具體實(shí)現(xiàn)配喳,主要的步驟會(huì)跳轉(zhuǎn)到_lookUpImpOrForward,下一步我們具體查看_lookUpImpOrForward具體實(shí)現(xiàn)步驟凳干。
.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

    // 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
  • 源碼工程搜索_lookUpImpOrForward查看一下實(shí)現(xiàn)的流程晴裹,然而在項(xiàng)目工程中沒有找到,我們可以使用源碼匯編調(diào)試一下救赐。

方法如下:
【步驟一】我們?cè)趍ain函數(shù)中定義一個(gè)LGPerson對(duì)象涧团,使用該對(duì)象調(diào)用sayHello方法,然后在sayHello方法打一個(gè)斷點(diǎn)经磅,運(yùn)行程序泌绣,最后我們通過Debug -- Debug worlflow -- 勾選Always show Disassembly打開匯編調(diào)試。

步驟一
可以看到其實(shí)方法的調(diào)用走的是objc_msgSend方法预厌。
【步驟二】按住control鍵+ stepinto阿迈,可以具體查看一下objc_msgSend方法的匯編實(shí)現(xiàn),走的是_objc_msgSend_uncached方法轧叽,查看緩存中是否存在苗沧。
`objc_msgSend`方法的匯編實(shí)現(xiàn)

【步驟三】按住control鍵+ stepinto,可以具體查看一下_objc_msgSend_uncached方法的匯編實(shí)現(xiàn)炭晒,可以看到走的是lookUpImpOrForward方法待逞,在objc-runtime-new.mm文件的6099行實(shí)現(xiàn)的
`_objc_msgSend_uncached`方法的匯編實(shí)現(xiàn)

【步驟四】在objc-runtime-new.mm文件的6099行查看一下lookUpImpOrForward方法的具體實(shí)現(xiàn)流程,發(fā)現(xiàn)使用的是c++實(shí)現(xiàn)的网严。下面重點(diǎn)分析一下lookUpImpOrForward方法的具體實(shí)現(xiàn)流程识樱。

  • lookUpImpOrForward源碼分析
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,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)牺荠,此時(shí)緩存進(jìn)來了
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) { 
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }
    
    //加鎖翁巍,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)休雌,如果沒有灶壶,需要先實(shí)現(xiàn),此時(shí)的目的是為了確定父類鏈杈曲,方法后續(xù)的循環(huán)
    if (slowpath(!cls->isRealized())) { 
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
    }

    //判斷類是否初始化驰凛,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(cè)這里遞歸的原因是attempts在第一次循環(huán)時(shí)作了減一操作担扑,然后再次循環(huán)時(shí),仍在上限的范圍內(nèi)恰响,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),如果找到涌献,則返回胚宦,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,并判斷父類是否為nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            //--未找到方法實(shí)現(xiàn)燕垃,方法解析器也不行枢劝,使用轉(zhuǎn)發(fā)
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父類鏈中存在循環(huán),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卜壕,則停止查找您旁,且不緩存,首先調(diào)用此類的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            //如果在父類中轴捎,找到了此方法鹤盒,將其存儲(chǔ)到cache中
            goto done;
        }
    }

    //沒有找到方法實(shí)現(xiàn),嘗試一次方法解析

    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        //動(dòng)態(tài)方法決議的控制條件侦副,表示流程只走一次
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER; 
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }

 done:
    //存儲(chǔ)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;
}
  • 源碼解析

【第一步】定義消息轉(zhuǎn)發(fā)
【第二步】先在類的緩存中進(jìn)行快速查找侦锯,如果找到直接返回imp
【第三步】加鎖保證一下線程的安全跃洛。
【第四步】判斷這個(gè)類是不是已經(jīng)加載的類率触,并且判斷類是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)终议,如果沒有實(shí)現(xiàn)汇竭,這個(gè)時(shí)候需要確認(rèn)父類鏈,方便后面的循環(huán)ls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);穴张。
【第五步】判斷類是否已經(jīng)初始化细燎,如果沒有需要先初始化cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
【第六步】 根據(jù)當(dāng)前類的上線2迭代次數(shù)進(jìn)行for循環(huán)皂甘,采用二分查找算法玻驻,在當(dāng)前類列表中進(jìn)行查找,如果找到直接返回并將方法緩存到cache中。
【第七步】如果沒有找到方法的實(shí)現(xiàn)璧瞬,嘗試一次方法解析户辫。
【第八步】done進(jìn)行緩存并解析操作。

  • 慢速查找流程圖


    慢速查找流程圖--簡書style_月月

getMethodNoSuper_nolock二分查找算法

  • 源代碼
    先找到中間的位置比較嗤锉,比如小于則向左查找渔欢,反之向右查找,直到找到為止或者循環(huán)完成沒有找到直接返回nil瘟忱。
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奥额,count是max,probe是middle访诱,這就是二分
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
        //從首地址+下標(biāo) --> 移動(dòng)到中間位置(count >> 1 左移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垫挨,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(chǔ)是先存儲(chǔ)類方法,在存儲(chǔ)分類---按照先進(jìn)后出的原則触菜,分類方法最先出九榔,而我們要取的類方法,所以需要先排除分類方法)
                //如果是兩個(gè)分類涡相,就看誰先進(jìn)行加載
                probe--;
            }
            return (method_t *)probe;
        }
        
        //如果keyValue 大于 probeValue帚屉,就往probe即中間位置的右邊查找
        if (keyValue > probeValue) { 
            base = probe + 1;
            count--;
        }
    }
    
    return nil;
}
  • 流程圖


    二分查找流程圖--簡書style-月月
  • 開發(fā)中一般出現(xiàn)方法沒找到的崩潰原理解析
    在方法的查找過程中,如果在方法的緩存和方法列表都沒找到的情況下漾峡,會(huì)進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)攻旦,即
  • __objc_msgForward_impcache消息轉(zhuǎn)發(fā)匯編實(shí)現(xiàn)

    STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache

    // No stret specialization.
    b   __objc_msgForward

    END_ENTRY __objc_msgForward_impcache

  • __objc_forward_handler匯編實(shí)現(xiàn)
    ENTRY __objc_msgForward
    // Non-stret version

    MI_GET_EXTERN(r12, __objc_forward_handler)
    ldr r12, [r12]
    bx  r12

    END_ENTRY __objc_msgForward
  • 我們發(fā)現(xiàn)__objc_forward_handler 的具體實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上是void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;,下面我們可以跟進(jìn)一下objc_defaultForwardHandler源碼簡單分析一下生逸。
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);
}

如果緩存牢屋,方法列表,動(dòng)態(tài)決議都沒有找到槽袄,那么直接報(bào)unrecognized selector sent to instance ....錯(cuò)誤烙无。

總結(jié)

  • 對(duì)于對(duì)象方法(即實(shí)例方法),即在類中查找遍尺,其慢速查找的父類鏈?zhǔn)牵?code>類--父類--根類--nil截酷。

  • 對(duì)于類方法,即在元類中查找乾戏,其慢速查找的父類鏈?zhǔn)牵?code>元類--根元類--根類--nil迂苛。

  • 如果快速查找、慢速查找也沒有找到方法實(shí)現(xiàn)鼓择,則嘗試動(dòng)態(tài)方法決議三幻。

  • 如果動(dòng)態(tài)方法決議仍然沒有找到,則進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)呐能。

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
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