iOS cache_t底層探索

cache數(shù)據(jù)結構

我們先從objc源碼查看一下,由于結構體里面內(nèi)容太多摸屠,看一下簡化版

struct cache_t {
private:
    explicit_atomic<uintptr_t> _bucketsAndMaybeMask;
    union {
        struct {
            explicit_atomic<mask_t>    _maybeMask;
#if __LP64__
            uint16_t                   _flags;
#endif
            uint16_t                   _occupied;
        };
        explicit_atomic<preopt_cache_t *> _originalPreoptCache;
    };

 struct bucket_t *buckets() const;
void insert(SEL sel, IMP imp, id receiver);
...
}

1.cache_t里面保存了兩個成員诸典,_bucketsAndMaybeMask 和一個聯(lián)合體,這兩個成員都占有8字節(jié)今膊,所有cache_t總共16字節(jié)些阅,其他都是方法和常量

  1. _bucketsAndMaybeMask,實際上是一塊內(nèi)存地址的首地址万细,這塊內(nèi)存存儲的是方法的selimp扑眉,這個存儲的結構式bucket_t。通過這個屬性的名字其實我們不難看出有兩層意思赖钞,一個是bucket腰素,一個是mask(掩碼)
    mask:用于在哈希算法或者哈希沖突算法中哈希下標 _maybeMask = capacity -1
void cache_t::setBucketsAndMask(struct bucket_t *newBuckets, mask_t newMask)
{
    uintptr_t buckets = (uintptr_t)newBuckets;
    uintptr_t mask = (uintptr_t)newMask;

    ASSERT(buckets <= bucketsMask);
    ASSERT(mask <= maxMask);

    _bucketsAndMaybeMask.store(((uintptr_t)newMask << maskShift) | (uintptr_t)newBuckets, memory_order_relaxed);
    _occupied = 0;
}
static constexpr uintptr_t maskShift = 48;

為了節(jié)省空間,其中 mask 占用高16位雪营,buckets占用48

  1. _occupied當前緩存占用的數(shù)量
void cache_t::insert(SEL sel, IMP imp, id receiver){
 do {
        if (fastpath(b[i].sel() == 0)) {
            incrementOccupied();
            b[i].set<Atomic, Encoded>(b, sel, imp, cls());
            return;
        }
        if (b[i].sel() == sel) {
            // The entry was added to the cache by some other thread
            // before we grabbed the cacheUpdateLock.
            return;
        }
    } while (fastpath((i = cache_next(i, m)) != begin));
}

cache_t 在整個類中結構

圖一.png

lldb驗證

驗證代碼:

@interface QHPerson : NSObject
- (void)say1;
- (void)say2;
+ (void)sayHello;
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
         //0x00007ffffffffff8

        QHPerson *p = [[QHPerson alloc] init];
        NSLog(@"%p",p);
    }
    return 0;
}

類地址偏移16字節(jié)拿到cache_t地址:

地址偏移.png

嘗試獲裙А:
嘗試獲取.png

最后通過查找cache_t源碼發(fā)現(xiàn)有一個buckets的方法:
buckets.png

調(diào)用[p say1]方法,讓后重新打印献起,發(fā)現(xiàn)occpued 和maskmaybe 又遠了 1->2 3->7
數(shù)量變化.png

通過bucket_t里面的sel(),獲取方法編號imp()獲取方法實現(xiàn):
截屏2021-06-24 下午4.51.30.png

cache_t insert 流程分析

我們上面分析了如何獲從cache_t獲取方法洋访,但是需要先插入,源碼分析
第一步:如果緩存里面為空谴餐,先分配4個容量大小的空間姻政,調(diào)用reallocate

    if (slowpath(isConstantEmptyCache())) {
        // Cache is read-only. Replace it.
        if (!capacity) capacity = INIT_CACHE_SIZE;
        reallocate(oldCapacity, capacity, /* freeOld */false);
    }

調(diào)用reallocate->setBucketsAndMask

void cache_t::setBucketsAndMask(struct bucket_t *newBuckets, mask_t newMask)
{
...
//初始化bucketsAndMaybeMask的值
    _bucketsAndMaybeMask.store((uintptr_t)newBuckets, memory_order_relaxed);
    _maybeMask.store(newMask, memory_order_relaxed);
    _occupied = 0;
}

跳出reallocate,繼續(xù)往下有一個判斷

    else if (fastpath(newOccupied + CACHE_END_MARKER <= cache_fill_ratio(capacity))) {
        // Cache is less than 3/4 or 7/8 full. Use it as-is.
    }
#if CACHE_ALLOW_FULL_UTILIZATION
    else if (capacity <= FULL_UTILIZATION_CACHE_SIZE && newOccupied + CACHE_END_MARKER <= capacity) {
        // Allow 100% cache utilization for small buckets. Use it as-is.
    }
#endif
    else {
        capacity = capacity ? capacity * 2 : INIT_CACHE_SIZE;
        if (capacity > MAX_CACHE_SIZE) {
            capacity = MAX_CACHE_SIZE;
        }
        reallocate(oldCapacity, capacity, true);
    }

大致意思就是Occupied >0.75*capacity, 就會進行擴容岂嗓,清理掉之前數(shù)據(jù)汁展,從新分配 reallocate(oldCapacity, capacity, true)
繼續(xù)下走:

    bucket_t *b = buckets();
    mask_t m = capacity - 1;
    mask_t begin = cache_hash(sel, m);
    mask_t i = begin;

    do {
        if (fastpath(b[i].sel() == 0)) {
            incrementOccupied();
            b[i].set<Atomic, Encoded>(b, sel, imp, cls());
            return;
        }
        if (b[i].sel() == sel) {
            // The entry was added to the cache by some other thread
            // before we grabbed the cacheUpdateLock.
            return;
        }
    } while (fastpath((i = cache_next(i, m)) != begin));

先通過hash算法,得到一個索引厌殉。然后通過這個索引找方法食绿,如果不存在就保存,并且occupied+1公罕,如果有hash沖突器紧,重新計算。直到成功楼眷。
下面附上一張cache流程圖:

cache_流程圖.png

最后編輯于
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