iOS初级到中级的进阶之路

前言：这篇文章是我看李明杰老师的iOS底层原理班（下）/OC对象/关联对象/多线程/内存管理/性能优化总结所得，断断续续历时3个月左右，把课堂听的东西给做了一下笔记。

1、一个NSObject对象占用多少内存
2、OC对象的分类
3、KVO实现原理
4、KVC实现原理
5、分类
- 5.1、分类的实现原理
- 5.2、Load和Initialize实现原理
6、Block底层解密
7、RunLoop实现原理
8、RunTime实现原理
- 8.1、isa解析
- 8.2、方法缓存
- 8.3、objc_msgSend执行流程
- 8.4、@dynamic关键字
- 8.5、Class和SuperClass区别
- 8.6、isKindOfClass和isMemberOfClass区别
- 8.7、RunTime的相关API
9、多线程
- 9.1、多线程面试题
- 9.2、多线程之NSThread
- 9.3、多线程之GCD
- 9.4、多线程之NSOperation
- 9.5、多线程之线程安全
- 9.6、死锁
- 9.7、GCD高级用法
- 9.8、线程之间的通讯
10、内存管理
- 10.1、定时器target的内存泄漏
- 10.2、Tagged Pointer
- 10.3、copy&retain&strong原理
- 10.4、weak&assign原理
- 10.5、@property 的本质是什么
- 10.6、autorelease原理
- 10.7、atomic 一定是线程安全的吗

总结不易，耗时耗力，您的一颗小星星✨是我无限的动力。原文地址

iOS底层原理.png

我们经常会看一些面试题，但是好多面试题我们都是知其然不知其所以然，你如果认真的看了我上面总结的几十篇文章，那么你也会知其所以然。

OC对象本质

1、一个NSObject对象占用多少内存？

系统分配了16个字节给NSObject对象（通过malloc_size函数获得），但NSObject对象内部只使用了8个字节的空间（64bit环境下，可以通过class_getInstanceSize函数获得）

2、对象的isa指针指向哪里？

instance对象的isa指向class对象
class对象的isa指向meta-class对象
meta-class对象的isa指向基类的meta-class对象

3、OC的类信息存放在哪里？

对象方法、属性、成员变量、协议信息，存放在class对象中
类方法，存放在meta-class对象中
成员变量的具体值，存放在instance对象

具体实现请参考：
1、一个NSObject对象占用多少内存
2、OC对象的分类

KVO

1、iOS用什么方式实现对一个对象的KVO？(KVO的本质是什么？)

利用RuntimeAPI动态生成一个子类，并且让instance对象的isa指向这个全新的子类
当修改instance对象的属性时，会调用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函数
- 1、调用willChangeValueForKey方法
- 2、调用setAge方法
- 3、调用didChangeValueForKey方法
- 4、didChangeValueForKey方法内部调用oberser的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

2、如何手动触发KVO？

手动调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

3、直接修改成员变量会触发KVO么？

不会触发KVO

具体实现请参考：3、KVO实现原理

KVC

1、通过KVC修改属性会触发KVO么？

会触发KVO，因为KVC是调用set方法，KVO就是监听set方法

2、KVC的赋值和取值过程是怎样的？原理是什么？

KVO的setValue:forKey原理

KVC2.png

1、按照setKey，_setKey的顺序查找成员方法，如果找到方法，传递参数，调用方法
2、如果没有找到，查看accessInstanceVariablesDirectly的返回值（accessInstanceVariablesDirectly的返回值默认是YES），
- 返回值为YES，按照_Key,_isKey,Key,isKey的顺序查找成员变量，如果找到，直接赋值，如果没有找到，调用setValue:forUndefinedKey:，抛出异常
- 返回NO，直接调用setValue:forUndefinedKey:，抛出异常

KVO的ValueforKey原理

KVC3.png

1、按照getKey,key,isKey,_key的顺序查找成员方法，如果找到直接调用取值
2、如果没有找到，查看accessInstanceVariablesDirectly的返回值
- 返回值为YES，按照_Key,_isKey,Key,isKey的顺序查找成员变量，如果找到，直接取值，如果没有找到，调用setValue:forUndefinedKey:，抛出异常
- 返回NO，直接调用setValue:forUndefinedKey:，抛出异常

具体实现请参考：4、KVC实现原理

Block

1、block的原理是怎样的？本质是什么？

block本质上也是一个OC对象，它内部也有个isa指针
block是封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象

block的底层.png

2、block的（capture）

变量捕获.png

为了保证block内部能够正常访问外部的变量，block有个变量捕获机制

3、Block类型有哪几种
block有3种类型，可以通过调用class方法或者isa指针查看具体类型，最终都是继承自NSBlock类型

1、NSGlobalBlock （ _NSConcreteGlobalBlock
2、NSStackBlock （ _NSConcreteStackBlock ）
3、NSMallocBlock （ _NSConcreteMallocBlock ）

Block类型.png

4、block的copy

在ARC环境下，编译器会根据情况自动将栈上的block复制到堆上，比如以下情况

1、block作为函数返回值时
2、将block赋值给__strong指针时
3、block作为Cocoa API中方法名含有usingBlock的方法参数时
4、block作为GCD API的方法参数时

MRC下block属性的建议写法
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

ARC下block属性的建议写法
@property (strong, nonatomic) void (^block)(void);
@property (copy, nonatomic) void (^block)(void);

5、__block修饰符

__block可以用于解决block内部无法修改auto变量值的问题
__block不能修饰全局变量、静态变量（static）
编译器会将__block变量包装成一个对象

当__block变量在栈上时，不会对指向的对象产生强引用
当__block变量被copy到堆时
- 会调用__block变量内部的copy函数
- copy函数内部会调用_Block_object_assign函数
- _Block_object_assign函数会根据所指向对象的修饰符（__strong、__weak、__unsafe_unretained）做出相应的操作，形成强引用（retain）或者弱引用（注意：这里仅限于ARC时会retain，MRC时不会retain）
如果__block变量从堆上移除
- 会调用__block变量内部的dispose函数
- dispose函数内部会调用_Block_object_dispose函数
- _Block_object_dispose函数会自动释放指向的对象（release）

6、循环引用

用__weak、__unsafe_unretained解决

__unsafe_unretained typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
 print(@"%p", weakSelf);
}

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.block = ^{
 print(@"%p", weakSelf);
}

用__block解决（必须要调用block）

__block id weakSelf = self;
self.block = ^{
weakSelf = nil;
}
self.block();

具体实现请参考：6、Block底层解密

RunTime

1、讲一下 OC 的消息机制

OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend函数的调用，给receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）
objc_msgSend底层有3大阶段：消息发送（当前类、父类中查找）、动态方法解析、消息转发

2、消息转发机制流程

1、消息发送
2、动态方法解析
3、消息转发

消息发送阶段

消息发送流程是我们平时最经常使用的流程，其他的像动态方法解析和消息转发其实是补救措施。具体流程如下

消息发送1.png

1、首先判断消息接受者receiver是否为nil，如果为nil直接退出消息发送
2、如果存在消息接受者receiverClass，首先在消息接受者receiverClass的cache中查找方法，如果找到方法，直接调用。如果找不到，往下进行
3、没有在消息接受者receiverClass的cache中找到方法，则从receiverClass的class_rw_t中查找方法，如果找到方法，执行方法，并把该方法缓存到receiverClass的cache中；如果没有找到，往下进行
4、没有在receiverClass中找到方法，则通过superClass指针找到superClass，也是现在缓存中查找，如果找到，执行方法，并把该方法缓存到receiverClass的cache中；如果没有找到，往下进行
5、没有在消息接受者superClass的cache中找到方法，则从superClass的class_rw_t中查找方法，如果找到方法，执行方法，并把该方法缓存到receiverClass的cache中；如果没有找到，重复4、5步骤。如果找不到了superClass了，往下进行
6、如果在最底层的superClass也找不到该方法，则要转到动态方法解析

动态方法解析

消息发送2.png

开发者可以实现以下方法，来动态添加方法实现

+resolveInstanceMethod:
+resolveClassMethod:
动态解析过后，会重新走“消息发送”的流程，从receiverClass的cache中查找方法这一步开始执行

消息转发

如果方法一个方法在消息发送阶段没有找到相关方法，也没有进行动态方法解析，这个时候就会走到消息转发阶段了。

消息发送6.png

调用forwardingTargetForSelector，返回值不为nil时，会调用objc_msgSend(返回值, SEL)
调用methodSignatureForSelector,返回值不为nil，调用forwardInvocation:方法；返回值为nil时，调用doesNotRecognizeSelector:方法
开发者可以在forwardInvocation:方法中自定义任何逻辑
以上方法都有对象方法、类方法2个版本（前面可以是加号+，也可以是减号-）

3、什么是Runtime？平时项目中有用过么？

OC是一门动态性比较强的编程语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行
OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的，Runtime是一套C语言的API，封装了很多动态性相关的函数
平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用

具体应用

利用关联对象（AssociatedObject）给分类添加属性
遍历类的所有成员变量（修改textfield的占位文字颜色、字典转模型、自动归档解档）
交换方法实现（交换系统的方法）
利用消息转发机制解决方法找不到的异常问题

4、super的本质

super调用，底层会转换为objc_msgSendSuper2函数的调用，接收2个参数
- struct objc_super2
- SEL
receiver是消息接收者
current_class是receiver的Class对象

具体实现请参考：

8.1、isa解析
8.2、方法缓存
8.3、objc_msgSend执行流程
8.4、@dynamic关键字
8.5、Class和SuperClass区别
8.6、isKindOfClass和isMemberOfClass区别
8.7、RunTime的相关API

RunLoop

1、讲讲 RunLoop，项目中有用到吗？
1、定时器切换的时候，为了保证定时器的准确性，需要添加runLoop
2、在聊天界面，我们需要持续的把聊天信息存到数据库中，这个时候需要开启一个保活线程，在这个线程中处理

2、runloop内部实现逻辑

每次运行RunLoop，线程的RunLoop会自动处理之前未处理的消息，并通知相关的观察者。具体顺序

1、通知观察者（observers）RunLoop即将启动
2、通知观察者（observers）任何即将要开始的定时器
3、通知观察者（observers）即将处理source0事件
4、处理source0
5、如果有source1，跳到第9步
6、通知观察者（observers）线程即将进入休眠
7、将线程置于休眠知道任一下面的事件发生
- 1、source0事件触发
- 2、定时器启动
- 3、外部手动唤醒
8、通知观察者（observers）线程即将唤醒
9、处理唤醒时收到的时间，之后跳回2
- 1、如果用户定义的定时器启动，处理定时器事件
- 2、如果source0启动，传递相应的消息
10、通知观察者RunLoop结束

RunLoop7.png

3、RunLoop与线程

每条线程都有唯一的一个与之对应的RunLoop对象
RunLoop保存在一个全局的Dictionary里，线程作为key，RunLoop作为value
线程刚创建时并没有RunLoop对象，RunLoop会在第一次获取它时创建
RunLoop会在线程结束时销毁
主线程的RunLoop已经自动获取（创建），子线程默认没有开启RunLoop

4、timer 与 runloop 的关系？

一个RunLoop包含若干个Mode，每个Mode又包含若干个Source0/Source1/Timer/Observer
RunLoop启动时只能选择其中一个Mode，作为currentMode
如果需要切换Mode，只能退出当前Loop，再重新选择一个Mode进入
不同组的Source0/Source1/Timer/Observer能分隔开来，互不影响
如果Mode里没有任何Source0/Source1/Timer/Observer，RunLoop会立马退出

解决定时器在滚动视图上面失效问题NSTimer添加到两种RunLoop中

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:UITrackingRunLoopMode];

[[NSRunLoop currentRunLoop] addTimer:timer forMode:NSRunLoopCommonModes];

5、RunLoop有几种状态

kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 即将进入RunLoop 
kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将处理Timer 
kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将处理Source 
kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), //即将进入休眠 
kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6),// 刚从休眠中唤醒
 kCFRunLoopExit = (1UL << 7),// 即将退出RunLoop

**6、RunLoop的mode的作用 **

RunLoop的mode的作用系统注册了5中mode

kCFRunLoopDefaultMode //App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
UITrackingRunLoopMode //界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响
UIInitializationRunLoopMode // 在刚启动 App 时第进入的第一个 Mode，启动完成后就不再使用
GSEventReceiveRunLoopMode // 接受系统事件的内部 Mode，通常用不到
kCFRunLoopCommonModes //这是一个占位用的Mode，不是一种真正的Mode

但是我们只能使用两种mode

kCFRunLoopDefaultMode //App的默认Mode，通常主线程是在这个Mode下运行
UITrackingRunLoopMode //界面跟踪 Mode，用于 ScrollView 追踪触摸滑动，保证界面滑动时不受其他 Mode 影响

具体实现请参考：7、RunLoop实现原理

多线程

1、你理解的多线程？
2、iOS的多线程方案有哪几种？你更倾向于哪一种？
3、你在项目中用过 GCD 吗？
4、GCD 的队列类型
5、说一下 OperationQueue 和 GCD 的区别，以及各自的优势
6、线程安全的处理手段有哪些？
使用线程锁

1、OSSpinLock
2、os_unfair_lock
3、pthread_mutex
4、dispatch_semaphore
5、dispatch_queue(DISPATCH_QUEUE_SERIAL)
6、NSLock
7、NSRecursiveLock
8、NSCondition
9、NSConditionLock
10、@synchronized
11、pthread_rwlock
12、dispatch_barrier_async
13、atomic

7、线程通讯
线程间通信的体现

1、一个线程传递数据给另一个线程
2、在一个线程中执行完特定任务后，转到另一个线程继续执行任务

1、NSThread
可以先将自己的当前线程对象注册到某个全局的对象中去，这样相互之间就可以获取对方的线程对象，然后就可以使用下面的方法进行线程间的通信了，由于主线程比较特殊，所以框架直接提供了在主线程执行的方法

- (void)performSelectorOnMainThread:(SEL)aSelector withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait;

- (void)performSelector:(SEL)aSelector onThread:(NSThread *)thr withObject:(nullable id)arg waitUntilDone:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_5, 2_0);

2、GCD

 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
      
 });

内存管理

1、使用CADisplayLink、NSTimer有什么注意点？
CADisplayLink、NSTimer会对target产生强引用，如果target又对它们产生强引用，那么就会引发循环引用

2、介绍下内存的几大区域

代码段：编译之后的代码
数据段
- 字符串常量：比如NSString *str = @"123"
- 已初始化数据：已初始化的全局变量、静态变量等
- 未初始化数据：未初始化的全局变量、静态变量等
栈：函数调用开销，比如局部变量。分配的内存空间地址越来越小
堆：通过alloc、malloc、calloc等动态分配的空间，分配的内存空间地址越来越大

3、讲一下你对 iOS 内存管理的理解
在iOS中，使用引用计数来管理OC对象的内存

一个新创建的OC对象引用计数默认是1，当引用计数减为0，OC对象就会销毁，释放其占用的内存空间
调用retain会让OC对象的引用计数+1，调用release会让OC对象的引用计数-1

内存管理的经验总结

当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它
想拥有某个对象，就让它的引用计数+1；不想再拥有某个对象，就让它的引用计数-1

可以通过以下私有函数来查看自动释放池的情况
extern void _objc_autoreleasePoolPrint(void);

4、ARC 都帮我们做了什么
LLVM + Runtime

LVVM生成release代码
RunTime负责执行

5、weak指针的实现原理
runtime维护了一个weak表，用于存储指向某个对象的所有weak指针。weak表其实是一个hash（哈希）表，key是所指对象的地址，Value是weak指针的地址（这个地址的值是所指对象指针的地址）数组

1、初始化时：runtime会调用objc_initWeak函数，初始化一个新的weak指针指向对象的地址
2、添加引用时：objc_initWeak函数会调用 storeWeak() 函数， storeWeak() 的作用是更新指针指向，创建对应的弱引用表
3、释放时,调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录

6、autorelease对象在什么时机会被调用release

1、iOS在主线程的Runloop中注册了2个Observer
2、第1个Observer监听了kCFRunLoopEntry事件，会调用objc_autoreleasePoolPush()
3、第2个Observer监听了kCFRunLoopBeforeWaiting事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()、objc_autoreleasePoolPush() 监听了kCFRunLoopBeforeExit事件，会调用objc_autoreleasePoolPop()
autoreleased 对象是在 runloop 的即将进入休眠时进行释放的

7、方法里有局部对象，出了方法后会立即释放吗
在ARC情况下会立即释放
在MRC情况下，对象是在 runloop 的即将进入休眠时进行释放的

文章中可以提炼出来的题目太多了，我这里也就简单的总结几道题，想要了解具体实现请到我的github中找到相关文章进行阅读。欢迎点赞哦，如果里面有什么我理解的不太正确，欢迎提出，我们相互印证