Runtimes 基础

1. Runtimes概念

OC 是一门动态语言,他不仅需要编译器,还需要运行时系统进行代码编译.Runtimes 就执行了这个运行时系统代码编译工作.
Runtime就是运行时，是Apple用C和汇编语言编写的一套C语言的API，它正是 Objective-C这门动态语言的核心。计算机唯一能识别的语言是机器语言，高级编程语言需要先编译为汇编语言，再由汇编语言编译为机器语言才能被计算机识别。而 Objective-C语言不能被直接编译为汇编语言，它必须先编译为C语言，然后再编译为汇编语言。而Runtime正是编译器将我们写的 Objective-C代码编译为C语言时用到的核心库。
C语言，静态语言,在编译阶段就要决定调用哪些函数属性，如果函数未实现就会编译报错。
OC语言，动态语言,在编译阶段并不能决定真正调用哪些函数，只要函数声明过即使没有实现也不会报错。

2. 消息机制的基本原理

OC 中 方法调用都是类似 [receiver selector]; 的形式，其本质就是让对象在运行时发送消息的过程。
[receiver selector]; 在编译阶段与运行阶段分别作了什么
编译阶段：[receiver selector]; 方法被编译器转换为:
objc_msgSend(receiver，selector) （不带参数）
objc_msgSend(recevier，selector，org1，org2，…)（带参数）
运行时阶段：消息接受者 recevier 寻找对应的 selector。
通过 recevier 的 isa 指针 找到 recevier 的 Class（类）；
在 Class（类） 的 cache（方法缓存） 的散列表中寻找对应的 IMP（方法实现）；
如果在 cache（方法缓存） 中没有找到对应的 IMP（方法实现） 的话，就继续在 Class（类） 的 method list（方法列表） 中找对应的 selector，如果找到，填充到 cache（方法缓存） 中，并返回 selector；
如果在 Class（类） 中没有找到这个 selector，就继续在它的 superClass（父类）中寻找；
一旦找到对应的 selector，直接执行 recevier 对应 selector 方法实现的 IMP（方法实现）。
若找不到对应的 selector，消息被转发或者临时向 recevier 添加这个 selector 对应的实现方法，否则就会发生崩溃。
在上述过程中涉及了好几个新的概念：objc_msgSend、isa 指针、Class（类）、IMP（方法实现） 等，下面我们来具体讲解一下各个概念的含义。

3. Runtime 用来做什么

3.1 基本作用

1.工程基本功能调用
2.在程序运行过程中，动态的创建类，动态添加、修改这个类的属性和方法；
3.遍历一个类中所有的成员变量、属性、以及所有方法
4.消息传递、转发

3.1 项目中的典型用法

1.给系统分类添加属性、方法 objc_setAssociatedObject()
2.方法交换 (Method Swizzling)
3.获取对象的属性、私有属性
4.字典转换模型 yymodel
5.KVC、KVO
6.归档(编码、解码)
7.NSClassFromString class<->字符串
8.消息转发

4. Runtime 相关概念

1.isa Class对象，指向objc_class结构体的指针，也就是这个Class的MetaClass(元类)

• 类的实例对象的 isa 指向该类;该类的 isa 指向该类的 MetaClass
• MetaCalss的isa对象指向RootMetaCalss
• 如果MetaClass是RootMetaCalss，那么该MetaClass的isa指针指向它自己
  1.super_class Class对象指向父类对象
• 如果该类的对象已经是RootClass，那么这个super_class指向nil
• MetaCalss的SuperClass指向父类的MetaCalss
• MetaCalss是RootMetaCalss，那么该MetaClass的SuperClass指向该对象的RootClass

经典示意图

image.png

• ivars 类中所有属性的列表，使用场景：我们在字典转换成模型的时候需要用到这个列表找到属性的名称，去取字典中的值，KVC赋值，或者直接Runtime赋值

• methodLists 类中所有的方法的列表，类中所有方法的列表，使用场景：如在程序中写好方法，通过外部获取到方法名称字符串，然后通过这个字符串得到方法，从而达到外部控制App已知方法。

• cache 主要用于缓存常用方法列表，每个类中有很多方法，我平时不用的方法也会在里面，每次运行一个方法，都要去methodLists遍历得到方法，如果类的方法不多还行，但是基本的类中都会有很多方法，这样势必会影响程序的运行效率，所以cache在这里就会被用上，当我们使用这个类的方法时先判断cache是否为空，为空从methodLists找到调用，并保存到cache，不为空先从cache中找方法，如果找不到在去methodLists，这样提高了程序方法的运行效率

• protocols 故名思义，这个类中都遵守了哪些协议，使用场景：判断类是否遵守了某个协议上

5.Runtime消息机制

1. 消息发送

• 找到方法 -->调用方法 -->方法回调
• 首先消息发动给对象,遍历对象结构体的methodLists,找到对象响应的方法实现,如果没有就向上查找其父类的方法列表,一单找到就会调用方法,将接受对象的指针传给他
• cache 在进行列表查询时总是很消耗时间的,所以添加了方法cache的概念 将刚刚使用的方法,常用的方法加入cache中,提高方法寻找速度.

6.Runtime消息转发

在使用过程中当5中的方法不能再方法列表中找到的时候,就会报错,抛出异常,
提示找不到方法实现

解决方案
1.实现方法,需要写代码主动实现代码

2.runtime转发,找不到方法来实现,那我们就换发方法来实现吧

• 方法找不到实现方法时会调用该函数,
  +(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel 实例方法解析
  +(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel 类方法解析

• 消息转发第一次方法解析中没有处理方法将会调用
  -(id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
  将未知SEL作为参数传入，寻找另外对象处理，如果可以处理，返回该对象

• 当我们在前面两个步骤都没有处理该未知SEL时，就会到第三个步骤
  -(void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector

• 如果第三步也没能实现
  (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)aSelector
  调用崩溃

• 流程图

  
  
  

  image.png

7.Runtime消息机制使用

1.分类添加属性
核心代码 手动实现get 与set方法

• (void)setName:(NSString *)name {
  objc_setAssociatedObject(self, &nameKey, name, OBJC_ASSOCIATION_COPY);
  }
• (NSString *)name {
  return objc_getAssociatedObject(self, &nameKey);
  }
  2.Method Swizzling 方法交换
  这是runtime的灵魂所在 , B哥一点 这可以当做简单的代码HOOK
  甲方
  BOOL class_addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
  减方法
  class_replaceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp,
  const char * _Nullable types)
  方法交换
  method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2)

原有被交换方法
Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, originalSelector);

要交换的分类新方法
Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, swizzledSelector);

class_replaceMethod(class,swizzledSelector,method_getImplementation(originalMethod),method_getTypeEncoding(originalMethod));