Runtime消息传递和消息转发|你一定看得懂

Runtime简介
==== Runtime的特性主要是消息(方法)传递机制，当向对象发送一条消息时，如果能在对象的类或所继承类中的方法列表中找到对应的SEL，即进行方法调用，否则进行消息转发。底层主要用C和汇编代码编写，使得动态系统变得高效。

消息传递

关键函数：
id objc_msgSend(id self, SEL op, ...);
self : 指向接收消息的类的实例的指针地址，可以理解成调用方法的对象
op  : 处理消息的方法选择器 
（SEL：类成员(方法)的指针,不同于C中的函数指针直接保存了方法的地址，
在这只是 方法的编号）

首先介绍下消息传递时一个非常重要的家伙，指向 类的数据结构体 的指针 isa ：
它是一个class类型的指针，实例对象的isa指向它的类对象，类对象的isa指向元类对象（meta class），元类对象isa指向根元类（root class），根元类isa指向自身。

screenshot.png

/* isa结构体：这其中包含了指向其父类的isa指针
及Dispatch table(key为SEL value为IMP)
其中结构体 objc_method_list 中包含结构体成员 objc_method，
objc_method中 包含成员 SEL和IMP(可在runtime.h中查找)*/

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
    Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

例如对象调用方法 [obj callAndy]，编译器转成消息发送时是这样 objc_msgSend(obj, callAndy)，Runtime时执行的流程是：

1 .通过obj的isa指针找到它的数据结构体 ;
2 .根据方法名callAndy生成的SEL(方法编号)查询缓存 objc_cache，若命中则直接调用，否则继续下一步
3 .在 class 的 Dispatch table(调度表)中查找对应的SEL ; 若class 中没找到，继续往它的 superclass 中找 ;
一旦找到就去执行它的IMP(函数指针,方法实现的地址) 。
否则就进行消息转发。
注：objc_cache：查找结束时为了高效处理，objc_cache会把已被调用的函数缓存下来，提高函数查询的效率。 --找到callAndy 之后，把callAndy 的SEL 作为key ，IMP作为value 给存起来。当再次收到callAndy 消息的时候，可以直接在objc_cache 里找到，避免再次遍历。

如果你刚才去找Andy，问了他dad，问了他dad的dad，又问了他dad的dad的dad...，还是找不到人，这个时候他可能鬼混去了，但是鬼混归鬼混，他还不叫你，哼，也别顾及兄弟情义了，去报警吧，报人口失踪，转交给警察叔叔处理...
哈哈，扯淡归扯淡，咱言归正传

消息转发
献上流程图

转发一览.jpeg

大家看它们很不害臊的给自己标红了，就知道其中有四个关键方法了：

1. + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel  
   + (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel
  实例方法和类方法分别调用这两个，返回NO才继续执行转发流程 执行方法2
在此方法中若动态添加方法给接收者，则返回YES，并且执行所添加的方法
+ (BOOL) resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
    if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically))
    {      
          /*  v@： v表示返回值为void类型 
固定的两个参数: @表示第一个参数类型是id也就是当前对象self
                   :表示第二个参数类型是SEL即@selector(...)
          */
          class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");
          return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:aSel];
}

2. - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
//在此可以返回一个已知对象，此对象实现了未知消息，使得消息可以转发给这个对象
    若在此返回转发目标，则执行转发目标的方法，结束转发流程；
    若返回nil ，执行方法3

3. - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector 
返回nil则会被标记为消息无法处理 系统则会crash ：unrecognized selector...
返回方法签名则执行方法4 ;

4. - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
为了响应对象本身不认识的方法，必须覆盖 methodSignatureForSelector: 
以及 forwardInvocation 方法
(详细内容可参阅开发者文档 Xcode -> Window -> Developer Documentation)

创建一个NSNull分类，避免当对NSNull对象发送一个ClassArray所包含类中实例 存在的消息时，应用直接Crash，而是打印错误调用的堆栈信息，在保证应用继续运行的情况下帮助开发者更好的定位代码的问题。当然这只是做编码时千虑一失最后的一块盾牌，更重要的还是要让自己做好千虑这件事。(此处要注意nil和null的区别，nil是不占内存的，向它发送消息不会crash，而null占有内存是会进行消息传递的，所以会crash，这个值一般由服务器下发的情况较多)
(分类创建：新建Objective-C File，File Type：Category，Class：NSNull)

#define ClassArray @[[NSMutableArray class],[NSMutableDictionary class],[NSMutableString class],[NSNumber class],[NSDate class],[NSData class]]

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
{
    NSMethodSignature *signature;
    if (!signature)
    {
        for (Class someClass in ClassArray)
        {
            @try {
                //若某个类(它的实例)能够响应selector 设置相应的方法签名
                if ([someClass instancesRespondToSelector:selector])
                {
                    signature = [someClass instanceMethodSignatureForSelector:selector];
                    break;
                }
            } @catch (NSException *exception) {}
        }
    }
    if (signature){
        return signature;
    }
    return [[self superclass] methodSignatureForSelector:selector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
    invocation.target = nil;
    [invocation invoke];
    
    //获取方法调用堆栈信息 弹窗提示
    NSArray *stack = [NSThread callStackSymbols];
    NSString *infoStr = [NSString stringWithFormat:@"%@ .. %@ -- stackInfo: %@",NSStringFromClass([invocation.target class]),NSStringFromSelector(invocation.selector),stack];
    UIAlertController *alert = [UIAlertController alertControllerWithTitle:@"请联系开发人员反映问题!" message:infoStr preferredStyle:UIAlertControllerStyleAlert];
    UIViewController *vCtrl = [[[[UIApplication sharedApplication] delegate] window] rootViewController];
    UIAlertAction *action = [UIAlertAction actionWithTitle:@"复制错误信息" style:UIAlertActionStyleDefault handler:^(UIAlertAction *action) {
        UIPasteboard *pasteboard = [UIPasteboard generalPasteboard];
        pasteboard.string = infoStr;
    }];
    [alert addAction:action];
    if (vCtrl){
        [vCtrl presentViewController:alert animated:YES completion:nil];
    }
}

学习多篇博客以及实践之后作此记录，不准确的地方希望能得到各位Coder指教，感谢。