1. isa介绍
在arm64架构之前，isa就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址。
从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域来存储更多的信息，不只包含类或者元类信息，还包含是否有弱引用、是否有关联对象等信息，这样在对象释放的时候，才能将弱引用和关联对象一起释放，所以我们拿到isa之后还需要进行一次位运算（&ISA_MASK）才能计算出Class或者Meta-Class的真实地址，如下图所示：
在了解为什么要进行一次位运算
（&ISA_MASK）才能计算出Class或者Meta-Class的真实地址之前，我们需要先了解一下isa的源码。
2. isa源码
objc中isa源码：
union isa_t {
isa_t() { }
isa_t(uintptr_t value) : bits(value) { }
Class cls;
uintptr_t bits;
struct {
ISA_BITFIELD; // defined in isa.h
};
};
在runtime723版本以前，直接把结构体放在isa里面了。750版本之后，抽成宏了，如下所示：
# if __arm64__
# define ISA_MASK 0x0000000ffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x000003f000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x000001a000000001ULL
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t shiftcls : 33; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x1000000000*/ \
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 19
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
# elif __x86_64__
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
# define ISA_MAGIC_MASK 0x001f800000000001ULL
# define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
# define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; \
uintptr_t has_assoc : 1; \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; \
uintptr_t shiftcls : 44; /*MACH_VM_MAX_ADDRESS 0x7fffffe00000*/ \
uintptr_t magic : 6; \
uintptr_t weakly_referenced : 1; \
uintptr_t deallocating : 1; \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; \
uintptr_t extra_rc : 8
# define RC_ONE (1ULL<<56)
# define RC_HALF (1ULL<<7)
# else
# error unknown architecture for packed isa
# endif
下面的代码对isa_t中的结构体进行了位域声明，位域也是对结构体内存布局进行了一个声明，通过下面的结构体成员变量可以直接操作某个地址。位域总共占8字节，所有的位域加在一起正好是64位：
define ISA_BITFIELD \
uintptr_t nonpointer : 1; //指针是否优化过 \
uintptr_t has_assoc : 1; //是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快 \
uintptr_t has_cxx_dtor : 1; //是否有C++的析构函数（.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快 \
uintptr_t shiftcls : 33; //存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息 \
uintptr_t magic : 6; //用于在调试时分辨对象是否未完成初始化 \
uintptr_t weakly_referenced : 1; //是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快 \
uintptr_t deallocating : 1; //对象是否正在释放 \
uintptr_t has_sidetable_rc : 1; //引用计数器是否过大无法存储在isa中 \
uintptr_t extra_rc : 19 //里面存储的值是引用计数器减1
# define RC_ONE (1ULL<<45)
# define RC_HALF (1ULL<<18)
isa中不同的位域代表不同的含义。
2.1 nonpointer
- 值为0，代表这是普通的指针，只存储着
Class、Meta-Class对象的内存地址； - 值为1，代表isa被优化过，使用位域存储更多的信息。
这个我们在阅读源码时，经常会遇到这个判断，我们以初始化isa的方法为例，去探究一下，如下：
objc_object::initInstanceIsa(Class cls, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
ASSERT(hasCxxDtor == cls->hasCxxDtor());
initIsa(cls, true, hasCxxDtor);
}
inline void
objc_object::initIsa(Class cls, bool nonpointer, bool hasCxxDtor)
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
// 如果nonpointer为false，直接使用cls地址初始化isa
if (!nonpointer) {
isa = isa_t((uintptr_t)cls);
} else {
ASSERT(!DisableNonpointerIsa);
ASSERT(!cls->instancesRequireRawIsa());
isa_t newisa(0);
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
ASSERT(cls->classArrayIndex() > 0);
newisa.bits = ISA_INDEX_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.indexcls = (uintptr_t)cls->classArrayIndex();
#else
// # define ISA_MAGIC_VALUE 0x001d800000000001ULL
newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE;
// isa.magic is part of ISA_MAGIC_VALUE
// isa.nonpointer is part of ISA_MAGIC_VALUE
newisa.has_cxx_dtor = hasCxxDtor;
newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;
#endif
...
}
从上面方法中可以看到，传递的第二个参数nonpointer为true，在下面initIsa方法中设置isa的初始值：newisa.bits = ISA_MAGIC_VALUE，ISA_MAGIC_VALUE值为0x001d800000000001ULL，转换为二进制之后末位为1，说明newisa. nonpointer为1，标明优化过，使用位域存储更多的信息。
2.2 has_assoc
- 是否有设置过关联对象，如果没有，释放时会更快（在对象
dealloc时，会通过这个标志判断是否有关联对象，如果有，则会释放关联的对象）
这一点可以在研究Category原理时看到，给对象设置了关联对象之后，需要将对象的isa的has_assoc设置为true，相关的代码如下：
inline void
objc_object::setHasAssociatedObjects()
{
if (isTaggedPointer()) return;
retry:
isa_t oldisa = LoadExclusive(&isa.bits);
isa_t newisa = oldisa;
if (!newisa.nonpointer || newisa.has_assoc) {
ClearExclusive(&isa.bits);
return;
}
newisa.has_assoc = true;
if (!StoreExclusive(&isa.bits, oldisa.bits, newisa.bits)) goto retry;
}
2.3 has_cxx_dtor
- 是否有C++的析构函数（
.cxx_destruct），如果没有，释放时会更快
2.4 shiftcls
- 存储着
Class、Meta-Class的内存地址信息
我们可以先看下获取对象所属类的方法，如下：
- (Class)class {
return object_getClass(self);
}
Class object_getClass(id obj)
{
if (obj) return obj->getIsa();
else return Nil;
}
inline Class
objc_object::getIsa()
{
return ISA();
}
最终会调用到ISA()方法里面，代码如下：
inline Class
objc_object::ISA()
{
ASSERT(!isTaggedPointer());
#if SUPPORT_INDEXED_ISA
if (isa.nonpointer) {
uintptr_t slot = isa.indexcls;
return classForIndex((unsigned)slot);
}
return (Class)isa.bits;
#else
return (Class)(isa.bits & ISA_MASK);
#endif
}
可以看到最终返回的值是(Class)(isa.bits & ISA_MASK);，也验证了刚开始我们所提到的拿到isa之后还需要进行一次位运算（&ISA_MASK）才能计算出Class或者Meta-Class的真实地址。
ISA_MASK 其实是个宏定义：
# define ISA_MASK 0x00007ffffffffff8ULL
// 对应的二进制值为：
0b0000000000000000011111111111111111111111111111111111111111111000
可以看到中间有33位为1，isa.bits & ISA_MASK就相当于将前28位和后3位置为0，只留下中间33位不变，这样获取的也就是对象所属Class的内存地址。
shiftcls赋值是在初始化isa时进行的，在上面介绍初始化isa方法时有看到对shiftcls赋值：newisa.shiftcls = (uintptr_t)cls >> 3;，也就是将对象所属类的地址向右移3位（在取值进行& ISA_MASK时又补足这3位了），赋值给newisa.shiftcls。
2.5 magic
- 用于在调试时分辨对象是否未完成初始化
2.6 weakly_referenced
- 是否有被弱引用指向过，如果没有，释放时会更快
在介绍weak实现流程的文章中有提到过，设置的代码如下：
inline void
objc_object::setWeaklyReferenced_nolock()
{
retry:
isa_t oldisa = LoadExclusive(&isa.bits);
isa_t newisa = oldisa;
if (slowpath(!newisa.nonpointer)) {
ClearExclusive(&isa.bits);
sidetable_setWeaklyReferenced_nolock();
return;
}
if (newisa.weakly_referenced) {
ClearExclusive(&isa.bits);
return;
}
newisa.weakly_referenced = true;
if (!StoreExclusive(&isa.bits, oldisa.bits, newisa.bits)) goto retry;
}
2.7 deallocating
- 标志对象是否正在释放
可以在release方法的源码中看到，将deallocating设置为true之后，给该对象发送了dealloc消息，如下：
...
objc_object::rootRelease(bool performDealloc, bool handleUnderflow)
{
newisa.deallocating = true;
if (!StoreExclusive(&isa.bits, oldisa.bits, newisa.bits)) goto retry;
if (slowpath(sideTableLocked)) sidetable_unlock();
__c11_atomic_thread_fence(__ATOMIC_ACQUIRE);
if (performDealloc) {
((void(*)(objc_object *, SEL))objc_msgSend)(this, @selector(dealloc));
}
...
}
2.8 extra_rc
- 里面存储的值是对象的引用计数减1
2.9 has_sidetable_rc
- 标记引用计数器是否过大无法存储在isa中，如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的中