在上一篇文章iOS开发之msg_Send快速查找中,我们了解了方法的汇编快速查找流程,接下来我们是慢速查找的过程分析。
objc_msgSend慢速查找
在快速查找过程中,如果没有找到方法实现,无论是走到CheckMiss
还是JumpMiss
,最终都会走到__objc_msgSend_uncached
汇编函数。
- 在
objc-msg-arm64.s
文件中查找__objc_msgSend_uncached
的汇编实现,其中的核心是MethodTableLookup
(即查询方法列表)
STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves
// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p16 is the class to search
MethodTableLookup // 开始查询方法列表
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgSend_uncached
搜索MethodTableLookup
的汇编实现,其中的核心是_lookUpImpOrForward
,汇编源码实现如下:
.macro MethodTableLookup
// push frame
SignLR
stp fp, lr, [sp, #-16]!
mov fp, sp
// save parameter registers: x0..x8, q0..q7
sub sp, sp, #(10*8 + 8*16)
stp q0, q1, [sp, #(0*16)]
stp q2, q3, [sp, #(2*16)]
stp q4, q5, [sp, #(4*16)]
stp q6, q7, [sp, #(6*16)]
stp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
stp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
stp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
stp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
str x8, [sp, #(8*16+8*8)]
// lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER)
// receiver and selector already in x0 and x1
mov x2, x16
mov x3, #3
bl _lookUpImpOrForward //核心源码
// IMP in x0
mov x17, x0
// restore registers and return
ldp q0, q1, [sp, #(0*16)]
ldp q2, q3, [sp, #(2*16)]
ldp q4, q5, [sp, #(4*16)]
ldp q6, q7, [sp, #(6*16)]
ldp x0, x1, [sp, #(8*16+0*8)]
ldp x2, x3, [sp, #(8*16+2*8)]
ldp x4, x5, [sp, #(8*16+4*8)]
ldp x6, x7, [sp, #(8*16+6*8)]
ldr x8, [sp, #(8*16+8*8)]
mov sp, fp
ldp fp, lr, [sp], #16
AuthenticateLR
.endmacro
我们也可以在项目工程里通过汇编调试来验证问题,在main
中,在hello
方法处打一个断点,然后开启汇编调试【Debug -- Debug worlflow -- 勾选Always show Disassembly】
,运行程序
在
objc_msgSend
处加一个断点,按住control + stepinto
进入
objc_msgSend
的汇编
在
_objc_msgSend_uncached
加一个断点,执行断住,按住control + stepinto
这里我们就能看到
lookUpImpOrForward
。我们查找汇编方法和C方法时候,需要注意:
1、C/C++中查找汇编方法时候,需要多加一个下划线
2、汇编查找C/C++方法时候,需要去掉一个下划线
接下来我们来看看lookUpImpOrForward
函数
IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
// 定义的消息转发
const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
IMP imp = nil;
Class curClass;
runtimeLock.assertUnlocked();
// 快速查找,如果找到则直接返回imp
//目的:防止多线程操作时,刚好调用函数,此时缓存进来了
if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) {
imp = cache_getImp(cls, sel);
if (imp) goto done_nolock;
}
//加锁,目的是保证读取的线程安全
runtimeLock.lock();
//判断是否是一个已知的类:判断当前类是否是已经被认可的类,即已经加载的类
checkIsKnownClass(cls);
//判断类是否实现,如果没有,需要先实现,此时的目的是为了确定父类链,方法后续的循环
if (slowpath(!cls->isRealized())) {
cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
}
//判断类是否初始化,如果没有,需要先初始化
if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) {
cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
}
runtimeLock.assertLocked();
curClass = cls;
//----查找类的缓存
// unreasonableClassCount -- 表示类的迭代的上限
//(猜测这里递归的原因是attempts在第一次循环时作了减一操作,然后再次循环时,仍在上限的范围内,所以可以继续递归)
for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) {
//---当前类方法列表(采用二分查找算法),如果找到,则返回,将方法缓存到cache中
Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
if (meth) {
imp = meth->imp;
goto done;
}
//当前类 = 当前类的父类,并判断父类是否为nil
if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
//--未找到方法实现,方法解析器也不行,使用转发
imp = forward_imp;
break;
}
// 如果父类链中存在循环,则停止
if (slowpath(--attempts == 0)) {
_objc_fatal("Memory corruption in class list.");
}
// --父类缓存
imp = cache_getImp(curClass, sel);
if (slowpath(imp == forward_imp)) {
// 如果在父类中找到了forward,则停止查找,且不缓存,首先调用此类的方法解析器
break;
}
if (fastpath(imp)) {
//如果在父类中,找到了此方法,将其存储到cache中
goto done;
}
}
//没有找到方法实现,尝试一次方法解析
if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
//动态方法决议的控制条件,表示流程只走一次
behavior ^= LOOKUP_RESOLVER;
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
done:
//存储到缓存
log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass);
//解锁
runtimeLock.unlock();
done_nolock:
if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
return nil;
}
return imp;
}
【第一步】
cache
缓存中进行查找,即快速查找
,找到则直接返回imp
,反之,则进入【第二步】-
【第二步】判断
cls
是否是
已知类
,如果不是,则报错
类是否
实现
,如果没有,则需要先实现,确定其父类链,此时实例化的目的是为了确定父类链、ro、以及rw等,方法后续数据的读取以及查找的循环是否
初始化
,如果没有,则初始化
-
【第三步】
for循环
,按照类继承链 或者 元类继承链
的顺序查找当前cls的
方法列表
中使用二分查找算法
查找方法,如果找到,则进入cache写入流程
(在iOS-底层原理 11:objc_class 中 cache 原理分析文章中已经详述过),并返回imp
,如果没有找到
,则返回nil
当前cls
被赋值为父类
,如果父类等于nil
,则imp = 消息转发,并终止递归
,进入【第四步】如果
父类链
中存在循环
,则报错,终止循环
-
父类缓存
中查找方法如果
未找到
,则直接返回nil
,继续循环查找
如果
找到
,则直接返回imp
,执行cache写入流程
-
【第四步】
判断
是否执行过动态方法解析
,如果
没有
,执行动态方法解析
如果
执行过
一次动态方法解析,则走到消息转发流程
以上就是方法的慢速查找流程
,下面在分别详细解释二分查找原理
以及 父类缓存查找
详细步骤
二分查找核心的源码:
ALWAYS_INLINE static method_t *
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
ASSERT(list);
const method_t * const first = &list->first;
const method_t *base = first;
const method_t *probe;
uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key; //key 等于 say666
uint32_t count;
//base相当于low,count是max,probe是middle,这就是二分
for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
//从首地址+下标 --> 移动到中间位置(count >> 1 右移1位即 count/2 = 4)
probe = base + (count >> 1);
uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
//如果查找的key的keyvalue等于中间位置(probe)的probeValue,则直接返回中间位置
if (keyValue == probeValue) {
// -- while 平移 -- 排除分类重名方法
while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
//排除分类重名方法(方法的存储是先存储类方法,在存储分类---按照先进后出的原则,分类方法最先出,而我们要取的类方法,所以需要先排除分类方法)
//如果是两个分类,就看谁先进行加载
probe--;
}
return (method_t *)probe;
}
//如果keyValue 大于 probeValue,就往probe即中间位置的右边查找
if (keyValue > probeValue) {
base = probe + 1;
count--;
}
}
return nil;
}
二分查找的原理:就是每次取中间值,和目标的value
做比较,如果相等,就将目标实现返回。如果不相等,就继续循环查找,最后返回nil
。
cache_getImp方法:父类缓存查找
cache_getImp
方法是通过汇编_cache_getImp
实现,传入的$0
是GETIMP
,如下所示
如果父类缓存中找到了方法实现,则跳转至CacheHit
即命中,则直接返回imp
如果在父类缓存中,没有找到方法实现,则跳转至CheckMiss
或者JumpMiss
,通过判断$0
跳转至ImpMiss
,直接返回nil
方法未实现报错源码
STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
// No stret specialization.
b __objc_msgForward
END_ENTRY __objc_msgForward_impcache
//
ENTRY __objc_msgForward
adrp x17, __objc_forward_handler@PAGE
ldr p17, [x17, __objc_forward_handler@PAGEOFF]
TailCallFunctionPointer x17
END_ENTRY __objc_msgForward
编实现中查找__objc_forward_handler
,并没有找到,在源码中去掉一个下划线进行全局搜索_objc_forward_handler
,有如下实现,本质是调用的objc_defaultForwardHandler
方法
// Default forward handler halts the process.
__attribute__((noreturn, cold)) void
objc_defaultForwardHandler(id self, SEL sel)
{
_objc_fatal("%c[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p "
"(no message forward handler is installed)",
class_isMetaClass(object_getClass(self)) ? '+' : '-',
object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}
void *_objc_forward_handler = (void*)objc_defaultForwardHandler;
这里就是我们最熟悉的错误:unrecognized selector sent to instance %p " "(no message forward handler is installed)
,其中的类方法和对象方法的加减号其实就是底层拼接上去的。在底层并没有类方法和对象方法之分。