Objective-C 运行时的改进之数据结构的变化

WWDC2020介绍Objective-C 运行时的改进，主要介绍了三个变化：

1.Class data structures changes;

首先是数据结构的变化,Objective-C 运行时会使用他们来追踪类。

2.Relative method lists;

Objective-C方法列表的变化

3.tagged pointer 格式的变化;

本文先对Class data structures changes展开讲解：
在磁盘上，在你的app二进制文件中 类时这样的：

Superclass.png

首先这个类对象本身，包含了最常被访问的信息指向
元类(Metaclass)、超类(Superclass)和方法缓存的指针(Method cache)。
它还有一个指向更多数据的指针，存储额外信息的地方叫做class_ro_t, ro代表只读，它包括像类名称，方法、协议和实例变量的信息。

class_ro_t.png

Swift 类和Objective-C类共享这一基础结构，所以每个Swift类也有这些数据结构，当类第一次从磁盘加载到内存中时，他们一开始也是这样的，但是一经使用，他们就会发生变化。
这里先区分下：clean memory 和dirty memory

clean memory：是指加载后不会发生更改的内存。class_ro_t 就属于clean memory因为它是属于只读的。

dirty memory：是指在进程运行时会发生更改的内存。
类结构一经使用就会变成dirty memory，因为运行时会向它写入新的数据。
例如：创建一个新的方法缓存并从类中指向它，dirty memory 比clean memory要昂贵得多，只要进程在运行，它就一直存在。
另一方面clean memory 可以进行移除从而节省更多的内存空间，因为如果你需要clean memory系统可以从磁盘中重新加载，MacOS 可以选择换出dirty memory,但是因为iOS不使用swap，所以dirty memory在iOS中代价很大，dirty memory是这个类数据被分成两部分的原因，可以保持清洁的数据越多越好，通过分离那些永远不会更改的数据，可以把大部分的类数据存储为clean memory。

这些数据足以让我们开始，但是运行时需要追踪每个类的更多信息，所以当一个类首次被使用，运行时会为它分配额外的存储容量，这个运行时分配的存储容量是class_rw_t 用于读取-编写数据，在这个数据结构中，我们存储了只有在运行时才会生成的新信息。

class_rw_t.png

例如：所有的类都会链接成一个树状结构，这是通过使用First Subclass 和 Next sibling Class 指针实现的，这运行时遍历当前使用的所有类，对于使方法缓存无效非常有用。

class_rw_t.png

但为什么方法和属性也在只读数据中时这里还有方法和属性呢？
因为它们可以在运行时进行更改。
当category被加载时它可以向类中添加新的方法，而且开发者可以使用运行时API动态地添加他们，因为class_ro_t是只读的，所以我们需要在class_rw_t中追踪这些东西。

class_rw_t.png

现在这样做会占用相当多的内存，在任何给定的设备中都有许多类在使用。我们在iPhone上的整个系统中测量了，大约30兆字节这些class_rw_t结构，那么如何缩小这些数据结构呢？

在读取-编写部分需要这些东西，因为他们可以喜爱运行时进行更改，但是通过检查实际设备上的使用情况，我们发现大约只有10%的类真正地更改了他们的方法，只有Swift类会使用这个demangled name字段,但是Swift类并不需要这一字段，除非有东西询问它们的 Objective-C名称时才需要

class_rw_t.png

所以，我们可以拆掉那些平时不用的部分，这将class_rw_t的大小减少了一半

class_rw_t.png

对于确实需要额外信息的类，我们可以分配这些扩展记录中的一个，并把它滑到类中供其使用。

class_rw_t.png

大约90%的类从不需要这些扩展数据，这在系统范围内可以节约大约14MB的内存，这些内存现在可以用于更有效的用途，比如存储你的APP的数据，因此 实际上你可以在你的Mac上看到这一变化带来的影响，这只需要在终端机上运行一些简单的命令，现在一起来看一下。
在此进入Macbook的终端，要运行一个命令它在任何Mac上都可用叫做heap,它还允许你检查正在运行的进程所使用的堆内存，将在Mac中的Mail app上运行它 ，现在 如果我运行该命令，他会输出千行，显示通过邮件进行的每个堆分配，所以 我只是要 grep 它为 我们今天一直在谈论的类型 class_rw_t类型 我还需要查询标头 从返回的结果中，

heap Mail.png

可以看到 在邮件app中使用了大约9000个这样的class_rw_t类型，但是其中大约十分之一 900 多一点实际上需要使用这一扩展信息，所以可以很容易地计算出通过这个改变所有节省的内存，这是大小减半的类型，所以如果我们从这个数字中减去，必须分配给扩展类型的内存量，可以看到节省了大约1兆字节数据的四分之一。

如果在系统范围内进行扩展，对dirty memory而言 这是真正的节省内存。

现在很多从类获取数据的代码，必须同时处理那些有扩展数据和没有扩展数据的类，运行时会为你处理这一切，并且从外部看 一切都像往常一样工作，只是使用了更少内存，之所以会这样，是因为读取这些结构的代码，都在运行时内并且还会同时进行更新.

class_rw_t.png

坚持使用这些API真的很重要
因为试图直接访问这些数据的结构的代码，都将在今年的OS版本中停止工作，旧东西已经发生了变化，而且该代码不知道新的布局，看到一些真实的代码由于这些变化而崩溃，除了你自己的代码之外，还要注意哪些外部依赖性，可能正把他们带入到你的APP中，他们可能会在你没有意识的情况下挖掘这些数据结构，

class_rw_t.png

这些结构中的所有信息都可以通过官方API获取,有一些函数 如class_getName和class_getSuperclass当你使用这些API访问信息时，你知道 无论我们在后台进行什么更改，他们都将继续工作，所有的API都可以在Objective-C运行时说明文档中找到。

以上就是WWDC2020介绍Objective-C 运行时的改进之数据结构的变化的一些记录，希望对大家的学习有所帮助。