iOS 源码解读：解剖 cache_t，深入理解 objc-msg-arm64.s
2023-11-02 10:51:31
揭秘 Objective-C 运行时中的 cache_t 数据结构
Objective-C 语言凭借其动态性和灵活性备受青睐，而这在很大程度上要归功于其底层的运行时系统。其中，cache_t 数据结构在运行时中扮演着至关重要的角色，负责缓存方法选择器和实现指针之间的映射关系，极大提高了消息传递的效率。
cache_t 简介
cache_t 实际上是一个哈希表，用于存储方法选择器和实现指针的映射。它由一个数组和一个桶链表数组组成，每个桶链表数组包含多个桶，每个桶又包含多个方法选择器和实现指针对。
cache_t 的初始化过程包括分配数组和桶链表数组，并为每个桶分配哈希表。
插入过程
将 sel 和 imp 插入到 cache_t 中时，系统会首先计算一个哈希值，该哈希值决定了要插入的桶。如果桶为空，则直接插入。否则，需要检查桶是否已满。如果已满，则进行扩容操作，将桶的数量加倍。扩容完成后，重新计算哈希值并插入。
哈希冲突处理
当两个或多个方法选择器具有相同的哈希值时，就会发生哈希冲突。此时，新的方法选择器和实现指针对将被添加到桶中，形成一个链表。当需要查找特定方法选择器的实现指针时，将遍历链表中的所有元素，直到找到匹配的元素。
objc-msg-arm64.s 解析
objc-msg-arm64.s 是一个汇编文件，包含了 arm64 架构下 Objective-C 消息传递的实现。该文件定义了 objc_msgSend 函数，它是 Objective-C 消息传递的核心函数。
objc_msgSend 函数的汇编代码如下：
.globl _objc_msgSend
_objc_msgSend:
stp x0, x1, [sp, -24]!
mov x0, x2
mov x1, x3
ldr x2, [x0, #0x10]
mov x3, x0
mov x10, #0x0
mov x9, x0
bl _objc_msgSend_uncached
ldr x0, [sp, 32]
ldr x1, [sp, 40]
ldr x2, [sp, 48]
add sp, sp, #64
ret
这段汇编代码实现了以下功能：
- 保存寄存器 x0、x1 和 x2。
- 将接收者对象存储在寄存器 x0 中。
- 将选择器存储在寄存器 x1 中。
- 获取接收者对象的类指针并存储在寄存器 x2 中。
- 设置标志位 x10，表示当前操作未命中缓存。
- 设置指针 x9，指向接收者对象的类指针。
- 调用 _objc_msgSend_uncached 函数。
- 恢复寄存器 x0、x1 和 x2。
- 从堆栈中弹出局部变量。
- 返回。
_objc_msgSend_uncached 函数负责在 cache_t 中查找方法选择器和实现指针的映射。如果找到，则将实现指针存储在寄存器 x0 中并返回。否则，将设置标志位 x10，表示当前操作未命中缓存，并返回。
结论
cache_t 数据结构是 Objective-C 运行时中的关键组件，负责缓存方法选择器和实现指针之间的映射关系。通过深入了解 cache_t 的工作原理，我们可以更好地理解 Objective-C 消息传递机制在 arm64 架构下的实现细节。
常见问题解答
- 什么是 cache_t？
cache_t 是 Objective-C 运行时中用于存储方法选择器和实现指针映射的哈希表。
- cache_t 如何工作？
cache_t 通过计算方法选择器的哈希值来确定要插入的桶。如果桶为空，则直接插入。否则，需要检查桶是否已满。如果已满，则进行扩容操作，将桶的数量加倍。
- 什么是哈希冲突？
当两个或多个方法选择器具有相同的哈希值时，就会发生哈希冲突。此时，新的方法选择器和实现指针对将被添加到桶中，形成一个链表。
- objc-msgSend 函数做了什么？
objc_msgSend 函数是 Objective-C 消息传递的核心函数。它负责在 cache_t 中查找方法选择器和实现指针的映射，并返回实现指针。
- 如何提高消息传递的性能？
可以通过以下方法提高消息传递的性能：
- 优化方法选择器和实现指针的哈希函数。
- 调整 cache_t 的桶大小和扩容阈值。
- 避免创建大量的小类。
