iOS 底层原理：Cache 机制大揭秘

引言：

在 iOS 的底层世界中，高速缓存（cache）扮演着至关重要的角色，它可以有效地提升系统性能和用户体验。了解 cache 的工作原理有助于我们更深入地理解 iOS 系统的底层机制，从而写出更健壮和高效的代码。本文将深入探究 iOS 中 cache 的底层实现，带你领略其背后的技术细节。

1. 透视 Cache 的缓存内容

1.1 Source Code 分析

cache 作为一个重要的底层机制，其代码隐藏在内核深处。借助 Source Code，我们得以一窥其神秘面纱。通过研究 libdispatch.c 中的 _dispatch_cache_get 函数，我们可以发现 cache 中缓存的内容：

void *value = objc_msgSend(object, _cmd);

从代码中可以看出，cache 中存储的是对象方法调用的返回值。这意味着，当我们访问一个对象的方法时，如果该方法的结果已经被缓存，那么 cache 将直接返回该结果，而无需实际执行方法。

2. Cache 扩容

2.1 扩容的引出

随着应用程序不断运行，cache 中存储的内容也会越来越多。当 cache 达到其容量时，就需要进行扩容。cache 扩容是一个动态的过程，由 iOS 系统自动触发。

3. Cache_t 数据结构

3.1 结构体解析

cache 的底层实现依赖于一个名为 cache_t 的数据结构。该结构体定义在 libdispatch/cache.h 头文件中，其定义如下：

struct cache_t {
    os_unfair_lock_t lock;
    long count;
    long size;
    long capacity;
    void * const *data;
};

3.2 字段解析

• lock：互斥锁，用于保护并发对 cache 的访问。
• count：当前 cache 中存储的对象数量。
• size：当前 cache 中存储对象的总大小。
• capacity：cache 的最大容量。
• data：指向缓存对象数组的指针。

4. Cache 扩容规则

4.1 容量翻倍

当 cache 达到其容量时，系统会将其容量加倍。这一规则有助于避免频繁的扩容操作，同时确保 cache 具有足够的容量来存储数据。

4.2 真机测试

通过真机测试，我们可以验证 cache 扩容的规则。以下代码将创建一个大对象，并将其添加到 cache 中：

NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary new];
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    [dict setObject:[NSData dataWithBytes:&i length:sizeof(int)] forKey:@(i)];
}
dispatch_cache_insert(cache, (__bridge void *)dict, 0);

运行代码后，我们可以使用以下命令查看 cache 的容量变化：

vmmap -debuginfo com.your_app_identifier

输出结果将显示 cache 的容量已加倍。

结论

iOS 中的 cache 机制是一个复杂而重要的系统，它通过缓存对象方法的返回值，提升了系统性能和用户体验。深入理解 cache 的底层原理可以帮助我们编写更健壮和高效的代码。希望本文提供的分析和示例能为各位开发者带来启发，助力大家打造出更加出色的 iOS 应用。

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