OC底层原理之-objc_msgSend方法查找（中）

空白记忆
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前言

我们上篇文章讲述的是objc_msgSend在缓存中的查找（传送门），在文章最后，我们知道当消息在cache_t中找不到时，会调用_objc_msgSend_uncached方法，这个时候就会进入慢速查找。这边我们就探究下_objc_msgSend_uncached方法究竟做了些什么。

探究消息发送流程

源码查看_objc_msgSend_uncached调用过程

在源码中搜寻_objc_msgSend_uncached，我们在objc-msg-arm64.s中发现如下代码

STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves
MethodTableLookup
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgSend_uncached

发现方法MethodTableLookup方法，在汇编中发现调用了_lookUpImpOrForward方法，我们查看下_lookUpImpOrForward方法 我们发现并没有搜到想要的结果，此时说明汇编中没有该方法实现，此时搜lookUpImpOrForward看下 找到我们要的方法了，此时说明方法从汇编进入到了c++

源码查看lookUpImpOrForward过程

总览整个方法 我们看到方法比较长，牵扯的内容也很多，下面我们来理解这个方法 初始化赋值，其中给forward_imp赋值，在汇编中调用了__objc_msgForward方法，imp初始化nil，创建curClass。我们再看下__objc_msgForward调用，直接搜搜不到想要的，所以再搜_objc_msgForward，我们在汇编中发现下面代码 我们再看下__objc_forward_handler（当我们搜--方法搜不到合适的时候，考虑搜_方法，因为 _ _ _ 一般搜的是汇编，而_ _一般是C++). 再去看下objc_defaultForwardHandler方法

发现失败的输出文字很熟悉，它就是我们方法找不到的报错信息。里面有+跟-的区别，说明对象方法和类方法都会走到这里。我们继续往下看

此处是无锁的缓存查找，如果找到了imp，就调用done_nolock。 这个方法就是加锁

  • 锁的作用，防止多线程发生资源抢夺

    runtimeLock在isrealize和isInitialized检查过程中被持有，以防止对并发实现的竞争

  • 之所以添加运行时锁是因为当在缓存中搜索方法的时候(读操作)，分类可以刷新缓存(写操作)，同时对一块内存进行读写操作，会出问题的。

    runtimeLock在方法搜索过程中保持，使方法查找+缓存填充保持原子性相对于方法添加。否则，可以添加一个类别，但是会无限期地忽略它，因为代表类别的缓存刷新之后，缓存会用旧值重新填充。

检查这个类是否被加载过，是否在缓存中

  • 上面的方法是isRealized是否实现，如果未实现，就去实现。

    realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked方法调用会到realizeClassWithoutSwift，内部有如下代码cls->superclass = supercls;告诉编译期cls的父类是supercls，addSubclass(supercls, cls);告诉编译期这个supercls类的子类是cls。所以这里面在进行isRealized时，将这个接受者父类一一找出，并进行了双向绑定。

  • 下面的方法是isInitialized是否实现，如果没有实现，去实现。

  • 让锁继续保持
  • 将接受的类cls赋值给curClass，此时的cls是已经初始化过的。

下面就是一个for方法（这其实是一个for循环方法，截图将其他方法删除了，方便看) 下面我们写个简单的方法来证明这是个for循环

看到如果if的条件满足就会跳出循环。

从当前curClass（上面将接受者cls赋值给curClass)的方法列表中找到sel方法，并返回。我们看下getMethodNoSuper_nolock具体实现，截图为主要方法

  • cls->data()->methods()是通过data()方法拿到bits再通过methods()拿到方法列表。
  • search_method_list_inline是查找方法，里面包含著名的二分查找算法

下面我们来看下算法怎么实现的，算法在findMethodInSortedMethodList中，我们总览整个方法 红框里就体现着二分算法思想 我们来分析下这个方法，怎么体现出来二分思想的，我们假设方法list包含0x01，0x02，0x03，0x04，0x05，0x06，0x07，0x08，第一次我们找0x03，第二次我们找0x06。

  • 上面我们拿到的bsae为list的第一位，也就是0x01的地址。（在高位）
  • for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) { count为8，count不为0，count大于等于1
  • probe = base + (count >> 1);此时的count为8，让count右移1位（这个右移1位就是除以2，2进制右移一位/2，左移一位*2），上面base为第一个地址位，此时probe为list首地址偏移4位。也就是0x05。
  • uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;取出的probe的name
  • if (keyValue == probeValue) {意思就是如果取出来的方法名跟传进来的key（方法名sel）一样，进入。这里实不相等的，所以跳下去，我们解释下进入的方法
    • 上面意思就是如果probe不是第一位，且传进来的方法名等于probe在向前偏移1位取出的值，那么就返回偏移1位的。（这是分类同方法，优先拿执行分类的缘故)
  • 上面的0x04不是要找的，if (keyValue > probeValue) {这个要获取的sel位数是否比取到的值高，我们这是低，所以进下次循环。 上面讲完一个循环，我们继续循环，循环还是满足条件，此时的count为4，再左移一位就是2，此时base还是第一个，probe就等于首地址偏移两位，就到0x02了，不对再循环后面比对发现一致，而它下一位为为0x02，不满足，所以返回当前的probe。 下面我们来查找下0x06

前面过程一样，第一次循环probe取的0x05，不相等，到if (keyValue > probeValue)，发现要取的0x06是大于当前得到的0x05，所以进入这个判断，判断力让base = probe + 1;count--;过了这个判断，base就等于0x60,count变为7。再循环再/2为3，但是后面它不会偏移3，3不是偶数应该按2去2分，就会偏移1，到0x70，不满足条件了，这个时候再循环，就不会偏移直接拿到0x60了。

上面的查找过程说完了，继续下面的方法。 如果这个方法存在（找到这个sel)，这个方法找到了就会执行done方法，done方法的内调用了log_and_fill_cache，而log_and_fill_cache调用cache_fill，cache_fill调用cache->insert，将方法写入cache_t缓存。这是不在cache_t的方法写入缓存的地方。下面的父类找到方法也会执行done方法。

  • 将curClass等于当前的curClass的父类，如果curClass等于nil，则进来，让imp等于forward_imp，结束 翻译意思：当attempts做--操作等于0时，就进入，提示报错。如果超类链中存在循环，则暂停。 这个方法调是查找父类的方法列表是否存在sel(if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {这个判断就是将curClass指向之前curClass，所以此时的curClass就是父类) 我们进入cache_getImp看下实现，在汇编中看到如下代码
STATIC_ENTRY _cache_getImp

	GetClassFromIsa_p16 p0
	CacheLookup GETIMP, _cache_getImp

LGetImpMiss:
	mov	p0, #0
	ret

	END_ENTRY _cache_getImp
  • 获取isa指针后，再次调用了CacheLookup但是参数是GETIMP，上面文章我们知道了，找不到方法会调用CheckMiss，CheckMiss在GETIMP情况下是调用LGetImpMiss。返回的0x0. 打印也证实了这一点

这两个方法都不满足，所以进入下次循环，if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil))再次找父类，知道找到nil，也就是NSObject的父类，此时进入判断，让imp等于forward_imp，而forward_imp等于_objc_msgForward_impcache,跳出循环。

下面就开始进入动态方法决议 进入这个判断，sel未变，还是传入的方法名。cls也没变，还是传入的接收者。当前的cls不是元类，所以方法会进入resolveMethod_locked方法该方法只走一次，我们看下该方法内容

探究resolveMethod_locked方法

这个方法会给最后一次机会，它会调用resolveInstanceMethod，我们看下resolveInstanceMethod方法。 总览下方法 其中有个判断：if (!lookUpImpOrNil(cls, resolve_sel, cls->ISA())) {这个判断是再去调用lookUpImpOrForward，这次传入的方法是resolveInstanceMethod:，cls还是接收者不变。 也就是说，给的最后一次机会就是本类或者父类只要实现resolveInstanceMethod:这个方法就可以了，如果还没有实现，它也会走log_and_fill_cache 我们看下log_and_fill_cache方法 它会调用cache_fill，而cache_fill是会调用cache->insert，将方法resolveInstanceMethod写入cache_t，然后刷新cache_t。（这个分析，我后面再去验证下，lookUpImpOrForward方法循环很多次，有6次之多，具体还要理清，消息转发这部分很重要）

此时cls还是接收者不变，sel还是resolveInstanceMethod:，imp是resolveInstanceMethod，receiver还是接收者。

如果未实现resolveInstanceMethod方法，它会再次通过调用lookUpImpOrNil来调用lookUpImpOrForward，传参还是之前的sel（不是resolveInstanceMethod）在进行查找一次 此时会走无锁缓存查找。 imp结果还是未找到。但还是会调用log_and_fill_cache将未实现的方法写入cache_t，进行缓存，刷新cache_t。但是imp为0x0。 再往下走就会返回nil，imp不存在，都未实现。 后面我们再次打断点，发现sel还是之前的方法，但是对应的imp变为_objc_msgForward_impcache，也就是返回的imp为_objc_msgForward_impcache。（推断当imp返回nil的时候，方法会再次调用lookUpImpOrForward，此时的取出的imp为_objc_msgForward_impcache并返回）后续验证

验证方法流程的正确性

写如下代码：

@interface Person : NSObject
- (void)sayHello;
@end

@implementation Person
- (void)sayGood {
    NSLog(@"%s",__func__);
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *person = [Person alloc];
        [person sayHello];
    }
    return 0;
}

通过代码我们发现Person并未实现sayHello，所以调用肯定会报错。 提示该方法未找到。我们上面分析了，系统找不到方法会给一次机会resolveInstanceMethod:，也就是只要实现就可以，下面我们验证下。 我们运行下代码 所以我们的分析是对的。

后面我们发现lookUpImpOrForward方法sel还会有forwardingTargetForSelector以及methodSignatureForSelector这个我们下篇文章在分析。

最后

这篇文章就是消息发送查找过程，查找过程中牵扯到自己cache_t查找，methodList查找；父类的cache_t查找，methodList查找；知道找到NSObject的父类为nil位置。在说methodList查找时，我们又详细的说了下二分查找。找不到就开始进行消息转发，消息转发我们这篇文章讲的比较少，后面的文章会详细介绍消息转发过程。文章内容多，有不对的地方，希望能够指正。 最后我们补一张方法查找流程图，来结束这篇文章。

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