iOS 底层原理 11：objc_class 中缓存原理分析

前言

在 iOS 底层原理 07：isa 与类关联的原理和 iOS 底层原理 08：类 & 类结构分析中，我们深入剖析了 objc_class 中 isa 和类结构的奥秘。而本次的 iOS 底层原理 11 将带我们探索 objc_class 中的另一重要机制——缓存，揭开 sel-imp 缓存的原理面纱。

cache_t 结构

在 objc_class 结构体中，cache_t 是一个至关重要的成员，负责缓存 sel-imp 映射关系。它的定义如下：

struct cache_t {
  IMP imp;
  SEL sel;
};

cache_t 结构体包含两个成员变量：imp 和 sel。imp 是指向方法实现（implementation）的函数指针，而 sel 则是指向方法选择器（selector）的指针。

sel-imp 缓存原理

objc_class 中的缓存机制旨在优化方法调用的性能。当调用一个方法时，objc_msgSend 会首先检查缓存中是否已经存在该方法的 sel-imp 映射关系。如果存在，则直接返回缓存中的 imp，避免了耗时的方法查找过程。

如果缓存中不存在该方法的 sel-imp 映射关系，则需要进行方法查找，依次查找父类、父类的父类，直到找到该方法的实现为止。找到方法实现后，将其添加到缓存中，供后续调用使用。

缓存的优点

缓存机制为 iOS 底层带来了以下优点：

• 提高方法调用性能： 通过缓存 sel-imp 映射关系，避免了耗时的方法查找过程，从而大幅提高方法调用的性能。
• 减少内存占用： 由于缓存仅存储常用的 sel-imp 映射关系，因此可以减少内存占用，避免不必要的内存开销。
• 提高代码的可读性： 缓存机制使得代码更加清晰易懂，方法查找的逻辑与方法调用的逻辑分离，便于理解和维护。

缓存的缺点

尽管缓存机制带来了诸多优点，但也存在一些缺点：

• 缓存不一致性： 当类方法发生动态修改时（如通过 method_setImplementation），缓存可能与实际的方法实现不一致，导致错误的结果。
• 缓存空间有限： 缓存的大小有限，如果缓存的 sel-imp 映射关系过多，可能会导致缓存溢出，降低性能。

总结

objc_class 中的缓存机制是 iOS 底层的重要优化手段，它通过缓存 sel-imp 映射关系，极大地提高了方法调用的性能。然而，缓存机制也存在一些缺点，需要在实际应用中谨慎考虑。