大家都知道 swift 语言层面就支持 protocol 默认实现，而 OC 是没有的，大概在3年前 sunnyxx 就开源了一款在 OC 支持 protocol 实现注入框架 ProtocolKit：https://github.com/forkingdog/ProtocolKit
这次主要会说下 ProtocolKit 的原理 和 我们改造的方案。
ProtocolKit 实现原理解析
先来看头文件，作者很巧妙利用了 OC 保留关键字 @defs，来封装真正的实现宏， defs 主要用来美化 IDE 的显示效果
#define defs _pk_extension
// Interface
#define _pk_extension($protocol) _pk_extension_imp($protocol, _pk_get_container_class($protocol))
// Implementation
#define _pk_extension_imp($protocol, $container_class) \
protocol $protocol; \
@interface $container_class : NSObject <$protocol> \
@end \
@implementation $container_class \
+(void)load { \
_pk_extension_load(@protocol($protocol), $container_class.class); \
}
// Get container class name by counter
#define _pk_get_container_class($protocol) _pk_get_container_class_imp($protocol, __COUNTER__)
#define _pk_get_container_class_imp($protocol, $counter) _pk_get_container_class_imp_concat(__PKContainer_, $protocol, $counter)
#define _pk_get_container_class_imp_concat($a, $b, $c) $a##$b##_##$c
void _pk_extension_load(Protocol *protocol, Class containerClass);
__COUNTER__ 累加数字宏，有部分编译器不支持，反正 GCC、Clang 支持，其实也可以用 __LINE__ 效果一样
主要是支持同个文件内的，拆分 Protocol 不同方法的实现， 可以看下图
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实现原理 简单来说， 生成一个 Class 代码， 然后 Class 里面的就是，协议方法默认实现 的代码， 然后 Class +load 方法中， 把对应 Protocol 和 自己 传给内部保存起来。
可以利用 Xcode 来看 展开后的代码
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看下真正的核心方法是 _pk_extension_load
void _pk_extension_load(Protocol *protocol, Class containerClass) {
// 主要考虑了 异步 外部主动调用 该方法，如果纯靠宏的话 是全在主线程执行的
pthread_mutex_lock(&protocolsLoadingLock);
// 数组够不够长，不够就申请内存
if (extendedProtcolCount >= extendedProtcolCapacity) {
...
}
// 寻找是否已存在 protocol 的实现，否的话，创建一个新的对象，然后 merge 这次传进来的 Class 实现方法
size_t resultIndex = SIZE_T_MAX;
for (size_t index = 0; index < extendedProtcolCount; ++index) {
if (allExtendedProtocols[index].protocol == protocol) {
resultIndex = index;
break;
}
}
if (resultIndex == SIZE_T_MAX) {
allExtendedProtocols[extendedProtcolCount] = (PKExtendedProtocol){
.protocol = protocol,
.instanceMethods = NULL,
.instanceMethodCount = 0,
.classMethods = NULL,
.classMethodCount = 0,
};
resultIndex = extendedProtcolCount;
extendedProtcolCount++;
}
_pk_extension_merge(&(allExtendedProtocols[resultIndex]), containerClass);
pthread_mutex_unlock(&protocolsLoadingLock);
}
上部分只是保持 Protocol 和 对应实现方法的 IMP， 那真正给 Class 注入 默认 IMP 的地方是在哪呢？ 继续看源代码，可以发现一个 由 __attribute__((constructor)) 标注的方法，可以理解为 +load 方法后， main 方法前执行
对应 sunnyxx 的解释
PS：在试验的时候发现 __attribute__((constructor(101))) 优先级控制，在跨文件的时候不起作用
__attribute__((constructor)) static void _pk_extension_inject_entry(void) {
// 防止跟 load 方法冲突
pthread_mutex_lock(&protocolsLoadingLock);
unsigned classCount = 0;
//取出所有类
Class *allClasses = objc_copyClassList(&classCount);
@autoreleasepool {
for (unsigned protocolIndex = 0; protocolIndex < extendedProtcolCount; ++protocolIndex) {
PKExtendedProtocol extendedProtcol = allExtendedProtocols[protocolIndex];
// 每个注册的 protocol 的实现，都去遍历下所有类，是否有继承该protocol
for (unsigned classIndex = 0; classIndex < classCount; ++classIndex) {
Class class = allClasses[classIndex];
if (!class_conformsToProtocol(class, extendedProtcol.protocol)) {
continue;
}
// 如果 class 有继承该 protocol， 就把 所有该protocol下的默认实现 IMP ，添加到 该 Class 中， 完成默认方法实现
// 内部还有判断，如果 class 已经有存在对应 Method IMP， 就不注入，毕竟默认实现优先级低
_pk_extension_inject_class(class, extendedProtcol);
}
}
}
...
}
大致源码就是这样了，可以考虑下 上述实现中，有哪些问题？，然后 如何优化？
主要问题
- 启动时间变长，在启动时就会把所有 class 的 initialized 执行完，这对启动时间是个损耗
- Class 的生命周期乱了，因为我们很多的操作，基于 initialized 方法来触发，总体来说 还是对性能有影响
- 由于生命周期乱了，所以有可能会导致，代码逻辑外的 野指针和死锁，之前 APM 注入 viewDidLoad 方法时，就发生过
硬是写了3点。。。
优化方案
那肯定就是懒加载了，等到该类需要的时候在加载。考虑过 hook initialized，这个是最完美的方案，但是由于，在 premain 阶段，可能部分 class 已经执行过 initialized 了，所以会造成 注入不了的 IMP 的情况。 于是需要继续寻找其他路径
于是想到了 runtime 中的方法调用逻辑，有很多框架在 forwardInvocation： 中完成了各种骚操作，那我们是不是也可以利用呢？
在试验的过程，发现一个问题：一般在调用协议的时候会先判断 respondsToSelector： 是否存在。。。 根本不走 forwardInvocation: 逻辑。。
于是重新从 NSObject.h 头文件 寻找入口，后续看到 resolveInstanceMethod： 这个之前好像是用来动态添加方法的，这个时机可以吗？
进行试验吧！
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发现 resolveInstanceMethod: 完美支持所有调用逻辑 :-D
Test:
- (void)testProtocol {
NSLog(@"class response : %d", [C instancesRespondToSelector:@selector(logB)]);
NSLog(@"instance response : %d", [[C new] respondsToSelector:@selector(logB)]);
[[C new] logB];
}
C：
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
// 执行我们的protocol 注入
[super resolveInstanceMethod:sel];
return NO\YES;
}
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel {
// 执行我们的protocol 注入
[super resolveClassMethod:sel];
return NO\YES;
}
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:51]: resolveInstanceMethod:
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:112]: class response : 1
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:113]: instance response : 1
不管 resolveInstanceMethod 方法，返回的是 YES、还是 NO， 其实 responseToSelector: 总能正确的返回
如果没有注入这个方法，其实每次调用的时候 都会重新走 resolveInstanceMethod:，有注入后，就不会再回调了
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:51]: resolveInstanceMethod:
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:112]: class response : 0
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:51]: resolveInstanceMethod:
[2018-09-13 09:18:32.501 - NSObjectTests.m:113]: instance response : 0
我们的改造后的方案代码:
static void _pk_extension_inject_entry_class(Class class) {
// 所有 Class，只要注入一次即可，但是 resolveInstanceMethod： 会多次调用
static NSMutableDictionary *injectedClassMap;
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
injectedClassMap = [NSMutableDictionary dictionary];
});
NSString *className = NSStringFromClass(class);
if (injectedClassMap[className]) {
return;
}
injectedClassMap[className] = @1;
// 跟之前代码逻辑类似，循环所有注册的protocol
for (unsigned protocolIndex = 0; protocolIndex < extendedProtcolCount; ++protocolIndex) {
PKExtendedProtocol extendedProtcol = allExtendedProtocols[protocolIndex];
if (![class conformsToProtocol:extendedProtcol.protocol]) {
continue;
}
_pk_extension_inject_class(class, extendedProtcol);
}
}
static void _pk_extension_try_inject_entry_class(Class class) {
// 防止递归死锁，因为 class_getInstanceMethod(), 会触发 resolveInstanceMethod: 等方法的调用，就会导致递归调用，引起死锁
// 这边没必要用 递归锁，内部 for 循环，才引起的递归。 代码不用重复执行
NSMutableDictionary *threadDictionary = [NSThread currentThread].threadDictionary;
if ([threadDictionary objectForKey:@"IMYProtocolExtension"]) {
return;
}
pthread_mutex_lock(&protocolsLoadingLock);
[threadDictionary setObject:@1 forKey:@"IMYProtocolExtension"];
_pk_extension_inject_entry_class(class);
[threadDictionary removeObjectForKey:@"IMYProtocolExtension"];
pthread_mutex_unlock(&protocolsLoadingLock);
}
@implementation NSObject (IMYProtocolExtension)
+ (BOOL)_pk_resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
_pk_extension_try_inject_entry_class(self);
return [self _pk_resolveInstanceMethod:sel];
}
+ (BOOL)_pk_resolveClassMethod:(SEL)sel {
_pk_extension_try_inject_entry_class(self);
return [self _pk_resolveClassMethod:sel];
}
@end
// 由 imy_load.m 中进行调用，之前也说 不同文件的 __attribute__((constructor)) 优先级没底。
void _pk_extension_inject_entry(void) {
[NSObject imy_swizzleClassMethod:@selector(resolveInstanceMethod:) withClassMethod:@selector(_pk_resolveInstanceMethod:) error:nil];
[NSObject imy_swizzleClassMethod:@selector(resolveClassMethod:) withClassMethod:@selector(_pk_resolveClassMethod:) error:nil];
}
imy_load.m：
// protocol inject, after +load，因为要在 run premain 之前执行，所以不在自己文件中写了
extern void _pk_extension_inject_entry(void);
///after +load
__attribute__((constructor)) static void imy_load_premain_entry(void) {
_pk_extension_inject_entry();
imy_run_premain();
}
优化后的地址： https://github.com/li6185377/ProtocolKit