本篇章要讨论的问题有两个：cache是什么？为什么需要cache?
首先，关于cache的含义，顾名思义，它是缓存，但是其中缓存的是哪些内容？缓存的规则是什么？下面我们来做一个简要分析。
一、缓存内容
我们从cache_t的定义说起，其定义如下：
struct cache_t {
struct bucket_t *_buckets;//哈希表，缓存了方法列表
mask_t _mask;//一个无符号整数值，其值等于哈希表的长度-1
mask_t _occupied;//缓存的方法数量
}
实际上，_buckets是一个哈希表，_mask的值等于哈希表的长度-1，_occupied记录了缓存方法的数量。
我们再看下_buckets的定义。
struct bucket_t {
private:
// IMP-first is better for arm64e ptrauth and no worse for arm64.
// SEL-first is better for armv7* and i386 and x86_64.
#if __arm64__
MethodCacheIMP _imp;
cache_key_t _key;
#else
cache_key_t _key;
MethodCacheIMP _imp;
#endif
}
由此可见，buckets内部缓存的是方法列表，这个key实际上是方法的sel，对应方法名，imp是方法对应函数的内存地址。
二、缓存机制
了解了缓存内容，那么苹果是如何对方法进行缓存的呢？可以通过源码做一些探究。
static void cache_fill_nolock(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver)
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
// Never cache before +initialize is done
//如果还没有初始化，一定没有缓存，直接返回
if (!cls->isInitialized()) return;
// Make sure the entry wasn't added to the cache by some other thread
// before we grabbed the cacheUpdateLock.
//如果已经有其他线程缓存过，不再进行缓存
if (cache_getImp(cls, sel)) return;
cache_t *cache = getCache(cls);
cache_key_t key = getKey(sel);
// Use the cache as-is if it is less than 3/4 full
mask_t newOccupied = cache->occupied() + 1;
mask_t capacity = cache->capacity();
if (cache->isConstantEmptyCache()) {
// Cache is read-only. Replace it.
//如果缓存区是只读的，就重新开辟缓存区
cache->reallocate(capacity, capacity ?: INIT_CACHE_SIZE);
}
else if (newOccupied <= capacity / 4 * 3) {//容量不满，继续缓存
// Cache is less than 3/4 full. Use it as-is.
}
else {
// Cache is too full. Expand it.//扩容
cache->expand();
}
//寻找一个空位插入
// Scan for the first unused slot and insert there.
// There is guaranteed to be an empty slot because the
// minimum size is 4 and we resized at 3/4 full.
bucket_t *bucket = cache->find(key, receiver);
if (bucket->key() == 0) cache->incrementOccupied();
bucket->set(key, imp);
}
这个方法需要注意的地方有以下几点：
1、扩容
在已缓存的方法容量达到当前缓存总容量的3/4时候，就会执行扩容操作expand()操作。
void cache_t::expand()
{
cacheUpdateLock.assertLocked();
uint32_t oldCapacity = capacity();
uint32_t newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;//这里有个初始的容量值4
if ((uint32_t)(mask_t)newCapacity != newCapacity) {
// mask overflow - can't grow further
// fixme this wastes one bit of mask
newCapacity = oldCapacity;
}
reallocate(oldCapacity, newCapacity);
}
需要注意的是，缓存区扩容是开辟了一块新的空间，旧的缓存区的内容不会复制到新的缓存区。
2、寻找插入空位
bucket_t * cache_t::find(cache_key_t k, id receiver)
{
assert(k != 0);
bucket_t *b = buckets();
mask_t m = mask();
// 通过cache_hash函数【begin = k & m】计算出key值 k 对应的 index值 begin，用来记录查询起始索引
mask_t begin = cache_hash(k, m);
// begin 赋值给 i，用于切换索引
mask_t i = begin;
do {
if (b[i].key() == 0 || b[i].key() == k) {
//用这个i从散列表取值，如果取出来的bucket_t的 key = k，则查询成功，返回该bucket_t，
//如果key = 0，说明在索引i的位置上还没有缓存过方法，同样需要返回该bucket_t，用于中止缓存查询。
return &b[i];
}
} while ((i = cache_next(i, m)) != begin);
// 这一步其实相当于 i = i-1,回到上面do循环里面，相当于查找散列表上一个单元格里面的元素，再次进行key值 k的比较，
//当i=0时，也就i指向散列表最首个元素索引的时候重新将mask赋值给i，使其指向散列表最后一个元素，重新开始反向遍历散列表，
//其实就相当于绕圈，把散列表头尾连起来，不就是一个圈嘛，从begin值开始，递减索引值，当走过一圈之后，必然会重新回到begin值，
//如果此时还没有找到key对应的bucket_t，或者是空的bucket_t，则循环结束，说明查找失败，调用bad_cache方法。
// hack
Class cls = (Class)((uintptr_t)this - offsetof(objc_class, cache));
cache_t::bad_cache(receiver, (SEL)k, cls);
}
当通过cache->find返回的bucket->key() == 0，就说明该位置上是空的，没有缓存过方法，是一个unused slot(未使用的槽口)，可以进行插入操作bucket->set(key, imp)，也就是将方法缓存到这个位置上。
三、缓存的意义
缓存的出现，就是为了提高方法查找的速度。
如果没有缓存，类对象，每次调用方法，先到本类的方法列表中去查找，
如果本类方法列表中没有，就去父类的方法列表中查找；
......
如果根类方法列表中没有，再去NSObject的方法列表中去查找；
如果该方法在程序内部被频繁调用，那么这种逐层遍历查找的方式肯定是效率低下的，因此苹果设计了cache。当方法第一次被调用的时候，会按照常规流程查找，找到之后，就会被加入到cache中。当方法再次被调用的时候，系统就会先到cache中查找，找到就直接调用，这样便大大提升了查找的效率。
而且cache的设计也是利用散列表，其查找的时间复杂度是O(1)的，方便快捷。
