Runtime

一、核心概念

1. 什么是 Runtime？

• 官方定义：Runtime 是一个用 C、C++ 和汇编语言编写的库，为 Objective-C 语言提供了动态特性的支持。
• 通俗理解：它是一套底层的 API，是 Objective-C 的幕后工作者。OC 之所以是动态语言，正是因为 Runtime。它负责在程序运行时（而非编译时）处理类的创建、方法的查找、消息转发等关键任务。
• 延伸：Swift 为了保持与 OC 的兼容性，目前也运行在同一个 Runtime 上，但其设计理念更倾向于静态和安全，未来可能有自己的专属 Runtime。

2. 消息机制（Messaging） - Runtime 的核心

方法调用本质

• [receiver message] 在编译时会被编译器转化为：objc_msgSend(receiver, selector)。

objc_msgSend 流程：

• 消息发送：检查 receiver 是否为 nil（OC 中向 nil 发消息不会崩溃）。
• 查找缓存：在 receiver 的类对象的方法缓存 cache 中快速查找方法实现（IMP）。
• 查找方法列表：如果缓存未命中，则在其类对象的方法列表 method_list 中查找。
• 向上继承链查找：如果当前类没找到，就沿着继承体系向父类重复步骤 2 和 3。
• 动态方法解析：如果最终没找到，Runtime 会给我们一次“亡羊补牢”的机会（+resolveInstanceMethod: 或 +resolveClassMethod:）。
• 消息转发：如果动态解析也没处理，就会进入完整的消息转发机制。

3. 消息转发（Message Forwarding） - 三道防线

当对象无法响应某个方法时，Runtime 提供了三次补救机会，这是面试必问重点。

1. 动态方法解析（Dynamic Method Resolution）

• 调用类方法：+resolveInstanceMethod:（实例方法）或 +resolveClassMethod:（类方法）。
• 你可以做什么：在这里，可以使用 class_addMethod 函数动态地为该方法添加一个实现。
• 返回值：返回 YES 表示已处理，系统会重启消息发送流程。

2. 备援接收者（Fast Forwarding）

• 调用实例方法：-forwardingTargetForSelector:。
• 你可以做什么：返回另一个能响应该消息的对象，让这个对象去处理。性能好，相当于“甩锅”。
• 注意：不能返回 self，否则会形成无限循环。

3. 完整消息转发（Normal Forwarding）

• 调用方法：-methodSignatureForSelector: 和 -forwardInvocation:。
• 流程：
  • 先调用 -methodSignatureForSelector: 获取方法签名（包含参数和返回值类型）。
  • 然后用这个签名生成一个 NSInvocation 对象。
  • 最后调用 -forwardInvocation:，你可以在这里随意处理这个 invocation：可以转发给多个对象，可以修改参数，甚至可以吞掉消息什么都不做。
• 最灵活，但性能开销最大

面试常见问题：

• “消息转发有哪几个步骤？请详细说一下。”
• “如果 -forwardingTargetForSelector: 返回了 nil 或者 self，会发生什么？”
• “-doesNotRecognizeSelector: 是在哪一步调用的？”

二、重要数据结构（理解即可，无需死记）

这些结构体在 objc/runtime.h 中定义，了解它们有助于理解对象模型。

• objc_object：所有对象的根类型。它有一个 isa 指针（现在可能优化为 isa_t 联合体），指向对象所属的类。
• objc_class：类对象的类型，它继承自 objc_object（所以类本身也是一个对象，称为元类 Meta Class 的实例）。
  • isa：指向其元类（Meta Class）。
  • superclass：指向其父类。
  • cache：方法缓存，用于加速方法查找（散列表结构）。
  • bits：存储类的具体信息，通过 bits & FAST_DATA_MASK 可以得到class_rw_t。
• class_rw_t（可读可写）：存放类的运行时信息。
  • methods：方法列表（包含分类的方法）。
  • properties：属性列表。
  • protocols：协议列表。
• class_ro_t（只读）：存放类的编译时就确定的信息。
  • name：类名。
  • ivars：成员变量列表（Ivar List）。
  • baseMethodList：基础方法列表（编译时确定的方法）。

面试常见问题：

• “一个 NSObject 对象占用多少内存？”（引申出 isa 指针，64位下占8字节，但系统会至少分配16字节）
• “方法的缓存机制是怎样的？为什么用散列表？”（提高查找效率，SEL 作为 key，IMP 作为 value）

三、Runtime 的常见应用场景

1. 关联对象（Associated Objects）

• 功能：使用 objc_setAssociatedObject 和 objc_getAssociatedObject 为已存在的类动态地添加属性（尤其是在分类 Category 中，因为分类无法直接添加实例变量）。
• 内存管理策略：OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN 等，与 @property 的属性类似。

2. 方法交换（Method Swizzling）

• 功能：在运行时交换两个方法的实现（method_exchangeImplementations）。
• 用途：AOP（面向切面编程），例如无侵入地统计按钮点击事件、全局页面生命周期追踪等。
• 注意要点：
  • 应该在 +load 方法中进行（+initialize 可能不会调用或调用多次）。
  • 交换前先调用 class_addMethod，防止本类中没有原始方法的实现。
  • 使用 dispatch_once 来确保只交换一次。

3. 动态地操作类和成员

• 动态创建类：objc_allocateClassPair, objc_registerClassPair。
• 动态添加方法/属性/协议：class_addMethod, class_addProperty, class_addProtocol。
• 遍历类的属性/方法/协议：class_copyPropertyList, class_copyMethodList, class_copyProtocolList。
• 用途：JSON 模型转换库（如 MJExtension, YYModel）、字典转模型、自动归档解档等。

四、面试高频问题清单

1. 讲一下 Objective-C 的消息机制。

• (参考上面的 objc_msgSend 流程)

2. 消息转发机制是怎样的？请详细说明。

• (参考上面的“三道防线”)

3. [obj foo] 和 objc_msgSend() 之间有什么关系？

• 前者是后者的语法糖，编译后就是后者。

4. Runtime 如何通过 Selector 找到 IMP 的地址？

• 通过消息查找流程：缓存 -> 当前类方法列表 -> 父类链 -> 消息转发。

5. 能否向编译后的类中增加实例变量？能否向运行时创建的类中添加实例变量？

• 不能向已编译好的已存在的类添加实例变量。因为类的内存布局在编译时就已经确定，class_ro_t 是只读的。
• 可以向运行时动态创建的类中添加实例变量，但必须在 objc_registerClassPair 之前。

6. Category 的实现原理？为什么不能添加实例变量？

• 原理：Category 在运行时会被合并到主类 class_rw_t 的 methods, properties, protocols 列表中。
• 不能加实例变量：因为实例变量是存储在 class_ro_t 的 ivars 中的，而 ivars 是只读的，在编译期就确定了内存偏移。Runtime 无法修改已编译类的内存布局。但可以通过关联对象来模拟添加属性。

7. +load 和 +initialize 方法的区别？

• 调用时机：
  • +load：在 Runtime 加载类、分类时必定调用（仅调用一次），且不遵循继承规则。
  • +initialize：在类第一次收到消息时调用（惰性调用），遵循继承规则（如果子类没实现，会调用父类的）。
• 调用顺序：
  • +load：父类 -> 子类 -> 分类。
  • +initialize：父类 -> 子类（如果分类实现了，会覆盖主类的）。

8. class 方法和 objc_getClass 方法有什么区别？

- [obj class]：如果 obj 是实例对象，返回其类对象；如果是类对象，则返回自身。
- objc_getClass("ClassName")：传入类名字符串，返回对应的类对象。
- object_getClass(obj)：返回的是 obj 的 isa 指针指向的对象。如果 obj 是实例对象，返回类对象；如果是类对象，返回元类。

9. isKindOfClass 和 isMemberOfClass 的区别？

- isMemberOfClass：判断是否是某个特定类的实例。
- isKindOfClass：判断是否是某个类或其派生类的实例。

Method Swizzling 的注意事项？

(参考上面的“注意要点”)

总结

准备 Runtime 面试，关键在于理解其 “动态” 的本质，核心是 “消息传递” 和 “消息转发” 机制。不仅要能说出流程，最好能结合一两个实际应用场景（如埋点、热修复、JSON 解析），这会让面试官觉得你不仅懂理论，还有实践经验。