在上一篇文章iOS-底层原理10：消息流程分析之快速查找 中，分析了消息快速查找流程，如果快速查不到，则需要进入慢速查找流程，本文将对此进行分析。
objc_msgSend 慢速查找流程分析
1. 慢速查找-汇编部分
在快速查找流程中，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
step1: 在objc-msg-arm64.s文件中查找__objc_msgSend_uncached的汇编实现
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
其中的核心是MethodTableLookup（即查询方法列表）
step2: 搜索MethodTableLookup的汇编实现
.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
其中的核心是_lookUpImpOrForward
2. 验证
上述汇编流程可以通过汇编调试来验证
step1: 在main函数中，例如[person instanceMethod1]对象方法调用处加一个断点，运行程序
step2: 开启汇编调试【Debug -- Debug worlflow -- 勾选Always show Disassembly】
step3: 自动跳转到汇编代码，在objc_msgSend处加一个断点并运行到断点处
step4: 按住control + stepinto，进入objc_msgSend的汇编，运行到_objc_msgSend_uncached
step5: 按住control + stepinto，运行到lookUpImpOrForward
从上可以看出lookUpImpOrForward，此时并不是汇编实现，它的实现在objc-runtime-new.mm文件中
注：
1、
C/C++中调用汇编，去查找汇编时，C/C++调用的方法需要多加一个下划线
2、汇编中调用C/C++方法时，去查找C/C++方法，需要将汇编调用的方法去掉一个下划线
3. 慢速查找- C/C++部分
在上面得知lookUpImpOrForward 是在objc-runtime-new.mm文件中实现的，就在这个文件中搜索lookUpImpOrForward找到了源码实现，这是一个c实现的函数
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;
}
将lookUpImpOrForward函数代码一行行分解
3.1 初始化
// 定义的消息转发
const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache;
IMP imp = nil;
Class curClass;
问题：forward_imp是什么？对应的流程图:
解答:forward_imp就是未找到imp的函数实现
3.2 cache缓存中进行查找，即快速查找
// 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;
}
//behavior = 3，LOOKUP_NIL=8
done_nolock:
if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
return nil;
}
return imp;
主要目的：
- 可能
多个线程都在执行objc_msgSend任务，在你第一次高速查找未找到时，可能其他线程已将cls的sel和imp写入了cls的缓存。
问题：第一次进来会执行快速查找吗？
解答:
我们先看下方法调用时传进来的参数因为
LOOKUP_CACHE= 4，behavior= 3，二进制得出behavior & LOOKUP_CACHE= 0，if判断条件不成立，所以第一次不会执行快速查找
初次进入lookUpImpOrForward是从缓存进入的，所以没必要再在缓存中进行查询，但是后续再次进入时，控制入参behavior的值，会触发cache_getImp缓存查询
3.3 判断cls
3.3.1 是否是已知类，如果不是，则报错
checkIsKnownClass(cls);
3.3.2 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
if (slowpath(!cls->isRealized())) {
cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
}
3.3.3 是否初始化，如果没有，则初始化
//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);
}
3.4 for循环，按照类继承链 或者 元类继承链的顺序查找
// 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;
}
}
part1 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，并返回imp，如果没有找到，则返回nil
part2 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step4
part3 如果父类链中存在循环，则报错，终止循环
part4 父类缓存中查找方法：如果imp == forward_imp，跳出循环；如果找到，则直接返回imp，执行cache写入流程；如果未找到，则直接返回nil，继续循环查找。
3.5 判断是否执行过动态方法解析
//没有找到方法实现，尝试一次方法解析
//// behavior 默认为3, LOOKUP_RESOLVER为2
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; // behavior取LOOKUP_RESOLVER的反
return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
}
- 首次进入:
behavior=3,LOOKUP_RESOLVER = 2，behavior & LOOKUP_RESOLVER = 2（二进制计算）, if条件成立。behavior取LOOKUP_RESOLVER的反，LOOKUP_RESOLVER&LOOKUP_RESOLVER的反= 0。- 所以这个补救机会，只会进入一次。
慢速查找对应的流程图如下:
上面慢速查找整体流程梳理了一遍，下面重点讲解一下二分查找
getMethodNoSuper_nolock方法：二分查找方法列表
step1: getMethodNoSuper_nolock函数源码
static method_t *
getMethodNoSuper_nolock(Class cls, SEL sel)
{
auto const methods = cls->data()->methods();
// 二分查找
// 在 objc_object 的 class_rw_t *data() 的 methods 。
// beginLists : 第一个方法的指针地址。
// endLists : 最后一个方法的指针地址。
// 每次遍历后向后移动一位地址。
for (auto mlists = methods.beginLists(),
end = methods.endLists();
mlists != end;
++mlists)
{
// 对 `sel` 参数和 `method_t` 做匹配，如果匹配上则返回。
method_t *m = search_method_list_inline(*mlists, sel);
if (m) return m;
}
return nil;
}
step2: search_method_list_inline函数源码
// 根据传入的 SEL，查找对应的 method_t 结构体
ALWAYS_INLINE static method_t *
search_method_list_inline(const method_list_t *mlist, SEL sel)
{
int methodListIsFixedUp = mlist->isFixedUp();
int methodListHasExpectedSize = mlist->entsize() == sizeof(method_t);
if (fastpath(methodListIsFixedUp && methodListHasExpectedSize)) {
return findMethodInSortedMethodList(sel, mlist);
} else {
for (auto& meth : *mlist) {
// SEL 本质上就是字符串，查找的过程就是进行字符串对比
if (meth.name == sel) return &meth;
}
}
return nil;
}
step3: 二分查找核心代码
二分查找前提是排序
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;
uint32_t count;
//base相当于min，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 ）
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;
}
算法原理简述为：从第一次查找开始，每次都取中间位置，与想查找的key的value值作比较，如果相等，则需要排除分类方法，然后将查询到的位置的方法实现返回，如果不相等，则需要继续二分查找，如果循环至count = 0还是没有找到，则直接返回nil，如下所示：
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LGetImpMiss，直接返回nil。
【总结】
*对于对象方法（即实例方法），即在类中查找，其慢速查找的父类链是：类-->父类-->根类-->nil
*对于类方法，即在元类中查找，其慢速查找的父类链是：元类-->根元类-->根类-->nil
*如果快速查找、慢速查找也没有找到方法实现，则尝试动态方法决议
*如果动态方法决议仍然没有找到，则进行消息转发