Objective-C 底层奥秘：objc_msgSend 背后的快速方法查找过程
2023-11-25 09:43:39
深入剖析 objc_msgSend：Objective-C 消息调用的幕后机制
对于 Objective-C 开发人员来说，理解语言底层原理至关重要，这样才能更深入地理解其工作机制并编写出更优化的代码。objc_msgSend 方法调用在 OC 中扮演着至关重要的角色，它负责将消息传递给目标对象。在这篇博文中，我们将深入探讨 objc_msgSend 的底层原理，重点分析它如何快速查找要调用的方法。
消息机制和方法查找
Objective-C 采用动态消息发送机制，这意味着方法调用是在运行时决定的，而不是在编译时。当我们调用一个方法时，objc_msgSend 会根据接收者（self）和方法选择器（selector）在类或元类中查找对应的实现。
方法查找过程可以分为以下几个步骤：
- 查找缓存： 首先，系统会检查一个缓存，以查看方法是否已经被缓存。如果缓存中存在，则直接返回缓存的实现。
- 查找类方法： 如果缓存中不存在，则系统会从接收者的类中查找方法。如果找到，则返回该实现。
- 查找父类方法： 如果在类中找不到方法，则系统会依次向上查找父类，直至找到实现或到达根类 NSObject。
- 调用动态方法解析器： 如果在父类中也找不到方法，则系统会调用动态方法解析器（如果已实现），允许程序员在运行时动态添加方法。
- 抛出消息未找到异常： 如果以上所有步骤都失败，则会抛出消息未找到异常。
缓存优化
为了提高方法查找效率，Objective-C 采用了缓存机制。当一个方法第一次被调用时，它的实现会被缓存起来，以便后续调用时可以快速访问。
缓存位于接收者的类或元类中，由 cache_t 结构体表示。cache_t 结构体包含以下字段：
- imp： 方法实现的指针
- bits： 位标志，用于跟踪方法的各种属性，如是否为实例方法、是否为类方法等
- next： 指向下一个 cache_t 结构体的指针
当查找方法时，系统会首先检查接收者的类缓存。如果缓存命中，则直接返回缓存的实现。否则，系统会逐级向上查找父类的缓存，直到找到实现或到达 NSObject。
objc_msgSend 的快速查找流程
objc_msgSend 的快速查找流程如下：
- 接收者检查： 验证接收者是否为 nil，如果是，则抛出异常。
- 缓存查找： 在接收者的类或元类缓存中查找方法。
- 类方法查找： 如果缓存中不存在，则在接收者的类中查找方法。
- 父类查找： 如果在类中找不到方法，则依次向上查找父类。
- 动态方法解析： 如果在父类中也找不到方法，则调用动态方法解析器。
- 消息未找到： 如果所有步骤都失败，则抛出消息未找到异常。
性能优化技巧
为了优化 objc_msgSend 的性能，可以采用以下技巧：
- 缓存利用： 确保经常调用的方法被缓存起来。
- 消息选择器内联： 使用内联消息选择器，可以避免字符串查找开销。
- 减少动态方法解析： 尽量避免使用动态方法解析，因为它会降低性能。
结论
了解 objc_msgSend 背后的快速方法查找过程对于编写高效的 Objective-C 代码至关重要。通过掌握这些底层原理，我们可以优化消息调用并提高应用程序的性能。
常见问题解答
-
为什么使用缓存？
缓存可以提高方法查找效率，减少重复查找的开销。
-
如何提高缓存命中率？
确保经常调用的方法被缓存起来。
-
消息选择器内联有什么好处？
消息选择器内联可以避免字符串查找开销，从而提高性能。
-
动态方法解析有哪些缺点？
动态方法解析会降低性能，因为它需要在运行时创建新的方法实现。
-
如何优化消息调用？
利用缓存、内联消息选择器和减少动态方法解析。
