objc_class 中的 cache 原理深入剖析

2023-10-10 23:02:02

揭秘 Objective-C objc_class 结构中的缓存机制

在 Objective-C 世界中，深入了解底层技术原理至关重要。今天，我们踏上了一次激动人心的旅程，探索 Objective-C objc_class 结构中的缓存机制。深入了解这个机制将打开一扇理解 Objective-C 运行时的性能优化的大门。

何为 `objc_class`？

objc_class 是 Objective-C 中类的元数据表示形式。它包含有关类及其成员方法、实例变量和属性等的关键信息，就像一幅类的蓝图。

缓存的用处

为了让 Objective-C 程序飞驰，Objective-C 运行时系统维护了一个 objc_class 实例的缓存。这个缓存就像一个高速公路系统，将类与它们的关键元数据（如方法编号和函数指针地址）联系起来。有了这个缓存，Objective-C 可以避开每次访问类元数据时在源码中进行痛苦的搜索。

缓存的结构

objc_class 结构中的缓存由两个关键元素组成，就像引擎和齿轮一样：

sel：方法编号，本质上是一个方法名称的加密哈希值。
imp：指向方法实现的函数指针地址，就像汽车的加油门踏板。

查找缓存

查找缓存中的方法编号和函数指针地址就像沿着高速公路疾驰一样快捷。Objective-C 运行时系统使用 objc_msgSend 函数调用方法，将方法名称作为传入信号。

然后，运行时系统使用 sel_registerName 函数将方法名称翻译成方法编号，就像路标将城市名称翻译成出口标志。最后，它使用 cache_get 函数从 objc_class 的缓存中检索关联的函数指针地址，就像在高速公路出口处获取方向。

通过源码探索

为了进一步了解缓存的实际运作，让我们打开 Objective-C 4.2 源码，就像外科医生研究人体一样。

struct objc_class {
  ...
  struct objc_cache *cache;
  ...
};

struct objc_cache {
  uint32_t *buckets;
  uint32_t *messages;
  struct objc_method_list **methodLists;
};

正如你所见，objc_class 有一个 cache 成员，而 cache 本身包含 buckets、messages 和 methodLists 成员。

buckets 数组是一个哈希表，将方法编号映射到 messages 数组中的索引，就像道路标志将出口号映射到高速公路出口一样。messages 数组存储指向方法名称的指针，就像路标展示城市名称。最后，methodLists 数组指向存储方法实现的 objc_method_list 结构，就像汽车驾驶手册提供驾驶说明。