iOS开发中，Runtime的详细介绍，runloop的详细介绍

superBar
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iOS Runtime 详细介绍

  1. 一、Runtime 概述
  • Runtime（运行时）是 Objective-C 的核心底层机制，它负责将代码的编译时逻辑转换为运行时动态行为。
  • Objective-C 作为一门动态语言，其特性（如动态类型、动态方法调用）均依赖 Runtime 实现。
  • Runtime 本质是一套 C 语言 API（位于 <objc/runtime.h>），提供了操作类、对象、方法等的底层接口。
  1. 二、Runtime 核心组成
  • 对象（Object）与类（Class）
  • 对象：Objective-C 中所有对象本质是 objc_object 结构体，包含一个指向类的指针 isa（即“对象的类型”）。
struct objc_object {
    Class isa; // 指向对象所属的类
};
  • 类：类本身也是对象（称为“元类”，Meta Class），Class 结构体包含类的方法列表、属性列表、协议列表等。
struct objc_class {
    Class isa; // 指向元类
    Class super_class; // 父类
    const char *name; // 类名
    // 方法列表、属性列表、协议列表等...
};
  • 方法（Method） 方法由 objc_method 结构体表示，包含方法名（SEL）、实现（IMP，函数指针）、参数类型（types）：
struct objc_method {
    SEL method_name; // 方法选择器（如 @selector(doSomething:)）
    char *method_types; // 参数/返回值类型编码（如 "v@:" 表示无返回值、id self、SEL _cmd）
    IMP method_imp; // 方法实现的函数指针
};
  • SEL 与 IMP
  • SEL（方法选择器）：字符串唯一标识方法名（如 @selector(viewDidLoad)），编译时生成，相同方法名的 SEL 全局唯一。
  • IMP（方法实现）：指向方法具体代码的函数指针，通过 SEL 可找到对应的 IMP（即“消息发送”过程）。
  1. 三、Runtime 动态特性（核心机制）
  • 消息发送（Message Sending） Objective-C 方法调用本质是“发送消息”，语法 [obj doSomething] 会被编译器转换为 Runtime 函数 objc_msgSend(obj, @selector(doSomething))。
  • 流程：
  • 通过对象的 isa 指针找到类，在类的方法列表中查找 SEL 对应的 IMP；
  • 若未找到，递归查找父类；
  • 若最终未找到，触发“动态方法解析”或“消息转发”。
  • 动态方法解析（Dynamic Method Resolution） 当对象收到无法响应的消息时，Runtime 会先调用类的“动态方法解析”方法，允许类在运行时动态添加方法实现：
实例方法：+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel
类方法：+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel 示例：动态为对象添加方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(dynamicMethod)) {
        // 添加方法实现：参数为 (id self, SEL _cmd)，无返回值
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)dynamicMethodImpl, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

void dynamicMethodImpl(id self, SEL _cmd) {
    NSLog(@"动态添加的方法被调用");
}
  • 消息转发（Message Forwarding） 若动态方法解析失败，Runtime 会进入“消息转发”流程，允许将消息转发给其他对象处理：
快速转发：通过 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 返回一个能处理该消息的对象（效率高，推荐优先使用）。
标准转发：若快速转发未处理，会调用 methodSignatureForSelector: 获取方法签名，再通过 forwardInvocation: 将消息转发给其他对象（可修改参数、返回值）。
  • 方法混淆（Method Swizzling） 通过 Runtime 交换两个方法的 IMP，实现“A 方法调用时执行 B 逻辑，B 方法调用时执行 A 逻辑”。常用于无侵入式埋点、崩溃防护等。
  • 示例：交换 ViewController 的 viewDidAppear: 方法
#import <objc/runtime.h>

@implementation ViewController (Swizzling)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        SEL originalSEL = @selector(viewDidAppear:);
        SEL swizzledSEL = @selector(swizzled_viewDidAppear:);

        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, originalSEL);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(self, swizzledSEL);

        // 交换 IMP
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    });
}

- (void)swizzled_viewDidAppear:(BOOL)animated {
    // 执行原方法逻辑（此时 swizzled_viewDidAppear 已与 viewDidAppear 交换，调用自身即调用原方法）
    [self swizzled_viewDidAppear:animated];
    // 添加自定义逻辑（如埋点）
    NSLog(@"页面出现：%@", self.class);
}
@end
  1. 四、Runtime 常见应用场景
  • 关联对象（Associated Objects）：为分类（Category）添加属性（分类默认不能添加成员变量，通过 objc_setAssociatedObject 实现）。
  • JSON 模型转换：通过 Runtime 获取类的属性列表，自动将 JSON 字典映射为模型对象（如 YYModel、MJExtension 底层实现）。
  • 崩溃防护：拦截未实现的方法（如 NSArray 越界、unrecognized selector），通过消息转发返回默认值避免崩溃。

iOS Runloop 详细介绍

一、Runloop 概述
  • Runloop（运行循环）是 iOS 中管理线程事件处理的核心机制，本质是一个 “事件循环”：不断从“事件源”接收事件、处理事件，直到线程结束。
  • 其核心作用是 “让线程在需要时工作，不需要时休眠”，避免线程空转浪费资源。
二、Runloop 核心作用
  • 保持线程存活：主线程默认启动 Runloop，因此能一直运行不退出；子线程默认无 Runloop，执行完任务后会销毁。
  • 事件处理：统一处理输入源事件（如触摸、网络回调、定时器）、UI 刷新事件等。
  • 线程休眠与唤醒：无事件时让线程进入休眠状态（降低 CPU 占用），有事件时唤醒线程处理。
三、Runloop 核心组成（基于 Core Foundation）

  • Runloop 相关接口位于 <CoreFoundation/CFRunLoop.h>，核心结构体为 CFRunLoopRef，其组成如下：

  • Runloop Mode

  • 运行模式（如 kCFRunLoopDefaultMode、UITrackingRunLoopMode），同一时间 Runloop 只能处于一种 Mode。}

  • Source

  • 事件源（输入源）：分为 Port-Based Sources（如 NSMachPort）和 Custom Sources（自定义事件）。

  • Timer

  • 定时器源：基于时间触发的事件（如 NSTimer，需添加到 Runloop 才会生效）。

  • Observer

  • 观察者：监听 Runloop 状态变化（如进入、退出、处理事件前/后）。

四、Runloop 工作原理（生命周期）
  • Runloop 按固定流程循环运行，核心步骤如下：
  1. 通知 Observer：进入 Runloop（kCFRunLoopEntry）。
  2. 通知 Observer：即将处理 Timers（kCFRunLoopBeforeTimers）。
  3. 通知 Observer：即将处理 Sources（kCFRunLoopBeforeSources）。
  4. 处理所有就绪的 Sources（同步执行 Source 回调）。
  5. 若有 Source1 未处理，跳回步骤 2（Source1 是基于端口的异步事件，可能触发新事件）。
  6. 通知 Observer：即将进入休眠（kCFRunLoopBeforeWaiting），线程进入休眠（释放 CPU）。
  7. 休眠被唤醒（由 Source 事件、Timer 触发或外部唤醒），通知 Observer：结束休眠（kCFRunLoopAfterWaiting）。
    • 若唤醒源是 Timer：执行 Timer 回调，跳回步骤 2。
    • 若唤醒源是 Source：执行 Source 回调，跳回步骤 2。
    • 若唤醒源是 Runloop 停止：进入步骤 8。
  1. 通知 Observer：退出 Runloop（kCFRunLoopExit），Runloop 终止。
五、Runloop 与线程的关系
  • 一一对应：每个线程（包括主线程、子线程）都有唯一对应的 Runloop（通过 CFRunLoopGetCurrent() 获取），但子线程的 Runloop 默认未创建，需手动调用 CFRunLoopRun() 启动。
  • 主线程 Runloop：系统自动创建并启动（UIApplicationMain 函数中触发），Mode 默认为 kCFRunLoopDefaultMode（App 正常运行模式）和 UITrackingRunLoopMode（滑动模式，如 UIScrollView 滚动时切换到此 Mode，避免非滑动事件干扰）。
六、Runloop 常见应用场景
  • NSTimer 与 Runloop
  • NSTimer 需添加到 Runloop 才会生效，且受 Mode 影响。例如：
// 添加到默认 Mode：滑动时 Timer 会暂停（因滑动时 Runloop 切换到 UITrackingRunLoopMode）
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerFire) userInfo:nil repeats:YES];

// 添加到 Common Modes（包含 Default + Tracking 等 Mode）：滑动时 Timer 不暂停
NSTimer *timer = [NSTimer timerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(timerFire) userInfo:nil repeats:YES];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];
子线程保活 子线程默认执行完任务后销毁，通过启动 Runloop 可让其长期存活（用于处理异步回调）：
// 子线程保活示例
- (void)keepThreadAlive {
    NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(threadMain) object:nil];
    [thread start];
}

- (void)threadMain {
    @autoreleasepool {
        // 创建并启动 Runloop（需添加 Source/Observer 避免立即退出）
        CFRunLoopSourceContext context = {0};
        CFRunLoopSourceRef source = CFRunLoopSourceCreate(kCFAllocatorDefault, 0, &context);
        CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), source, kCFRunLoopDefaultMode);
        CFRelease(source);

        // 启动 Runloop（永久循环，需手动调用 CFRunLoopStop 退出）
        CFRunLoopRun();
    }
}
性能优化 通过 Observer 监听 Runloop 状态，可检测卡顿（如处理事件耗时超过阈值）：
// 监听 Runloop 处理事件耗时（简化示例）
- (void)monitorRunloop {
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(kCFAllocatorDefault, 
        kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
            static CFAbsoluteTime lastActivityTime;
            if (activity == kCFRunLoopBeforeSources) {
                lastActivityTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
            } else if (activity == kCFRunLoopAfterWaiting) {
                CFAbsoluteTime cost = CFAbsoluteTimeGetCurrent() - lastActivityTime;
                if (cost > 0.1) { // 超过 100ms 视为卡顿
                    NSLog(@"Runloop 卡顿：%f ms", cost * 1000);
                }
            }
        });
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(observer);
}

总结

  • Runtime 是 Objective-C 动态特性的底层支撑，通过操作类、对象、方法实现灵活的运行时行为（如方法转发、混淆），常用于框架开发、无侵入式功能扩展。
  • Runloop 是线程事件管理的核心，通过循环处理事件实现线程保活、事件调度，是 UI 响应、定时器、网络回调等功能的基础。
  • 两者共同构成了 iOS 应用的底层运行机制，理解它们有助于深入掌握 Objective-C 语言特性及系统运行原理。
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