iOS之深入解析消息转发objc_msgSend的应用场景
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了iOS之深入解析消息转发objc_msgSend的应用场景相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、消息转发
- 现有如下示例：
id o = [NSObject new];
[o lastObject];
- 执行上面代码，程序会崩溃并抛出以下异常：
[NSObject lastObject]: unrecognized selector sent to instance 0x100200160
- 错误显而易见，实例对象 o 无法响应 lastObject 方法。那么问题来了， Objetive-C 作为一门动态语言，更有强大的 runtime 在背后撑腰，它会让程序没有任何预警地直接奔溃么？当然不会，Objetive-C 的 runtime 不但提供了挽救机制，而且还是三部曲：
-
- Lazy method resolution
-
- Fast forwarding path
-
- Normal forwarding path
- 上述程序崩溃的根本原因在于没有找到方法的实现，也就是通常所说的 IMP 不存在。结合以下源码，可以知道消息转发三部曲是由 _objc_msgForward 函数发起的：
IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
IMP imp;
if (!cls || !sel) return nil;
imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, nil,
YES/*initialize*/, YES/*cache*/, YES/*resolver*/);
// Translate forwarding function to C-callable external version
if (!imp)
return _objc_msgForward;
return imp;
① Lazy method resolution
- 在这一步，_objc_msgForward 直接或间接调用了以下方法：
// 针对类方法
+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel;
// 针对对象方法
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;
- 由于形参中传入了无法找到对应 IMP 的 SEL，就可以在这个方法中动态添加 SEL 的实现，并返回 YES 重新启动一次消息发送动作；如果方法返回 NO ，那么就进行消息转发的下个流程 Fast forwarding path。这种方式能够方便地实现 @dynamic 属性， CoreData 中模型定义中就广泛使用到了 @dynamic 属性。
② Fast forwarding path
- 在这一步，_objc_msgForward 直接或间接调用了以下方法：
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
- 这个方法还是只附带了无法找到对应 IMP 的 SEL，可以根据这个 SEL，判断是否有其它对象可以响应它，然后选择将消息转发给这个对象。如果返回除 nil / self 之外的对象，那么会重启一次消息发送动作给返回的对象，否则进入下个流程 Normal forwarding path。
③ Normal forwarding path
- 在这一步，_objc_msgForward 直接或间接调用了以下方法：
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;
- 这是消息转发的最后一步，首先会调用的是 -methodSignatureForSelector: 方法，这个方法返回一个方法签名，用以构造 NSInvocation 并作为实参传入 -forwardInvocation: 方法中。如果 -methodSignatureForSelector: 返回 nil，将会抛出 unrecognized selector 异常。
- 由于在 -forwardInvocation: 方法中可以获取到 NSInvocation，而 NSInvocation 包含了参数、发送目标以及 SEL 等信息，尤其是参数信息，因此这一步也是可操作性最强的一步。我们可以选择直接执行传入的 NSInvocation 对象，也可以通过 -invokeWithTarget: 指定新的发送目标。
- 一般来说，既然走到这一步，这个对象都是没有 SEL 对应的 IMP 的，所以通常来说都必须要重写 -methodSignatureForSelector: 方法以返回有效的方法签名，否则就会抛出异常。不过有种例外，当对象实现了相应的方法，但还是走到了 Normal forwarding path 这一步时，就可以不重写 -methodSignatureForSelector: 方法。
- 理解这种操作需要知晓 method swizzling 技术中的一个知识点，替换 IMP 是不会影响到 SEL 和 参数信息的。因此当把某个方法的实现替换成 _objc_msgForward / _objc_msgForward_stret 以启动消息转发时，即使不重写 -methodSignatureForSelector:，这个方法依旧能返回有效的方法签名信息。如下所示：
NSArray *arr = [NSArray new];
Method old = class_getInstanceMethod([arr class], @selector(objectAtIndex:));
printf("old type: %s, imp: %p\\n", method_getTypeEncoding(old), method_getImplementation(old));
class_replaceMethod([arr class], @selector(objectAtIndex:), _objc_msgForward, NULL);
Method new = class_getInstanceMethod([arr class], @selector(objectAtIndex:));
printf("new type: %s, imp: %p\\n", method_getTypeEncoding(new), method_getImplementation(new));
- 上面程序输出如下：
old type: @24@0:8Q16, imp: 0x7fffb5fc31e0
new type: @24@0:8Q16, imp: 0x7fffcada5cc0
- 可以看到，更改的只有方法实现 IMP，并且从源码层面看，method swizzling 在方法已存在的情况下，只是设置了对应的 Method 的 IMP，当方法不存在时，才会设置额外的一些属性：
IMP
class_replaceMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types)
if (!cls) return nil;
rwlock_write(&runtimeLock);
IMP old = addMethod(cls, name, imp, types ?: "", YES);
rwlock_unlock_write(&runtimeLock);
return old;
static IMP
addMethod(Class cls, SEL name, IMP imp, const char *types, BOOL replace)
IMP result = nil;
rwlock_assert_writing(&runtimeLock);
assert(types);
assert(cls->isRealized());
method_t *m;
// 方法是否存在
if ((m = getMethodNoSuper_nolock(cls, name)))
// already exists
if (!replace)
// 不替换返回已存在方法实现IMP
result = _method_getImplementation(m);
else
// 直接替换类cls的m函数指针为imp
result = _method_setImplementation(cls, m, imp);
else
// fixme optimize
// 申请方法列表内存
method_list_t *newlist;
newlist = (method_list_t *)_calloc_internal(sizeof(*newlist), 1);
newlist->entsize_NEVER_USE = (uint32_t)sizeof(method_t) | fixed_up_method_list;
newlist->count = 1;
// 赋值名字，类型，方法实现（函数指针）
newlist->first.name = name;
newlist->first.types = strdup(types);
if (!ignoreSelector(name))
newlist->first.imp = imp;
else
newlist->first.imp = (IMP)&_objc_ignored_method;
// 向类添加方法列表
attachMethodLists(cls, &newlist, 1, NO, NO, YES);
result = nil;
return result;
- 消息转发流程大体如此，如果想了解具体的转发原理、_objc_msgForward 内部是如何实现的，可以参考：
二、Week Proxy
- NSTimer、CADisplayLink 是实际项目中常用的计时器类，它们都使用 target - action 机制设置目标对象以及回调方法，相信很多人都遇到过 NSTimer 或者 CADisplayLink 对象造成的循环引用问题。实际上，这两个对象是强引用 target 的，如果使用者管理不当，轻则造成 target 对象的延迟释放，重则导致与 target 对象的循环引用。
- 假如有个 UIViewController 引用了一个 repeat 的 NSTimer 对象 （先不论强弱引用） ，正确的管理方式是在控制器退出回调中手动 invalidate 并释放对 NSTimer 对象的引用：
- (void)popViewController
[_timer invalidate];
_timer = nil; // 强引用需要，弱引用不需要
- 这种分散的管理方式，总会让使用者在某些场景下忘记了停止 _timer ，特别是使用者希望在 UIViewController 对象的 dealloc 方法中停止定时器时，很容易掉进这个坑里。有没有更加优雅的管理机制呢？
- 来看看 FLAnimatedImage 是如何管理 CADisplayLink 对象的：
-
- FLAnimatedImage 创建了以下弱引用代理：
@interface FLWeakProxy : NSProxy
+ (instancetype)weakProxyForObject:(id)targetObject;
@end
@interface FLWeakProxy ()
@property (nonatomic, weak) id target;
@end
@implementation FLWeakProxy
#pragma mark Life Cycle
// This is the designated creation method of an `FLWeakProxy` and
// as a subclass of `NSProxy` it doesn't respond to or need `-init`.
+ (instancetype)weakProxyForObject:(id)targetObject
FLWeakProxy *weakProxy = [FLWeakProxy alloc];
weakProxy.target = targetObject;
return weakProxy;
#pragma mark Forwarding Messages
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)selector
// Keep it lightweight: access the ivar directly
return _target;
#pragma mark - NSWeakProxy Method Overrides
#pragma mark Handling Unimplemented Methods
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
// Fallback for when target is nil. Don't do anything, just return 0/NULL/nil.
// The method signature we've received to get here is just a dummy to keep `doesNotRecognizeSelector:` from firing.
// We can't really handle struct return types here because we don't know the length.
void *nullPointer = NULL;
[invocation setReturnValue:&nullPointer];
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
// We only get here if `forwardingTargetForSelector:` returns nil.
// In that case, our weak target has been reclaimed. Return a dummy method signature to keep `doesNotRecognizeSelector:` from firing.
// We'll emulate the Obj-c messaging nil behavior by setting the return value to nil in `forwardInvocation:`, but we'll assume that the return value is `sizeof(void *)`.
// Other libraries handle this situation by making use of a global method signature cache, but that seems heavier than necessary and has issues as well.
// See https://www.mikeash.com/pyblog/friday-qa-2010-02-26-futures.html and https://github.com/steipete/PSTDelegateProxy/issues/1 for examples of using a method signature cache.
return [NSObject instanceMethodSignatureForSelector:@selector(init)];
@end
-
- 通过上面代码，可以看出 FLWeakProxy 是弱引用 target 的，而且它在消息转发的第二步，将所有的消息都转发给了 target 对象，如下是调用方使用此弱引用代理的代码：
@interface FLAnimatedImageView ()
@property (nonatomic, strong) CADisplayLink *displayLink;
@end
@implementation FLAnimatedImageView
...
- (void)startAnimating
...
FLWeakProxy *weakProxy = [FLWeakProxy weakProxyForObject:self];
self.displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:weakProxy selector:@selector(displayDidRefresh:)];
[self.displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:self.runLoopMode];
...
...
@end
-
- 其对象间的引用关系可以用下图表示：
---> 强引用 ~~~> 弱引用
FLAnimatedImageView(object) ---> displayLink ---> weakProxy ~~~> FLAnimatedImageView(object)
-
- 这样一来， displayLink 间接弱引用 FLAnimatedImageView 对象，使得 FLAnimatedImageView 对象得以正常释放。而且由于 weakProxy 将消息全部转发给了 FLAnimatedImageView 对象，-displayDidRefresh: 也得以正确地回调。
- 事实上，以上问题也可以通过 block 回调的方式解决，具体实现就是让创建的定时器对象持有 NSTimer 类对象，并且在类回调方法中，执行经 userInfo 传过来的 block 回调。此外，苹果私有库 MIME.framework 中就有这种机制的应用 MFWeakProxy；YYKit 的 YYAnimatedImageView 也使用了相同的机制管理 CADisplayLink，其对应类为 YYWeakProxy。
三、Delegate Proxy
- Delegate Proxy 主要实现部分代理方法的转发，顾名思义，就是封装者使用了被封装对象代理的一部分方法，然后将剩余的方法通过新的代理转发给调用者，这种机制在二次封装第三方框架或者原生控件时，能减少不少“胶水”代码。
- 接下来，以 IGListKit 中的 IGListAdapterProxy 为例，来描述如何利用这种机制来简化代码。在开始之前先了解下与 IGListAdapterProxy 直接相关的 IGListAdapter，IGListAdapter 是 UICollectionView 的数据源和代理实现者，以下是它与本主题相关联的两个属性：
@interface IGListAdapter : NSObject
...
/**
The object that receives `UICollectionViewDelegate` events.
@note This object *will not* receive `UIScrollViewDelegate` events. Instead use scrollViewDelegate.
*/
@property (nonatomic, nullable, weak) id <UICollectionViewDelegate> collectionViewDelegate;
/**
The object that receives `UIScrollViewDelegate` events.
*/
@property (nonatomic, nullable, weak) id <UIScrollViewDelegate> scrollViewDelegate;
...
@end
- 使用者可以成为 IGListAdapter 的代理，获得和 UICollectionView 原生代理一致的编写体验。实际上， IGListAdapter 只是使用并实现了部分代理方法，那么它又是如何编写有关这两个属性的代码，让使用者实现的代理方法能正确地执行呢？可能有些人会这样写：
#pragma mark - UICollectionViewDelegateFlowLayout
...
- (BOOL)collectionView:(UICollectionView *)collectionView canFocusItemAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath
if ([self.collectionViewDelegate respondsToSelector:@selector(collectionView:canFocusItemAtIndexPath:)])
return [self.collectionViewDelegate collectionView:collectionView canFocusItemAtIndexPath:indexPath];
return YES;
- (BOOL)collectionView:(UICollectionView *)collectionView shouldShowMenuForItemAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath
if ([self.collectionViewDelegate respondsToSelector:@selector(collectionView:shouldShowMenuForItemAtIndexPath:)])
[self.collectionViewDelegate collectionView:collectionView shouldShowMenuForItemAtIndexPath:indexPath];
return YES;
...
- 当代理方法较少的时候，这种写法是可以接受的。不过随着代理方法的增多，编写这种胶水代码就有些烦人了，侵入性的修改方式也不符合开放闭合原则。来看下 IGListKit 是如何利用 IGListAdapterProxy 解决这个问题的：
@interface IGListAdapterProxy : NSProxy
- (instancetype)initWithCollectionViewTarget:(nullable id<UICollectionViewDelegate>)collectionViewTarget
scrollViewTarget:(nullable id<UIScrollViewDelegate>)scrollViewTarget
interceptor:(IGListAdapter *)interceptor;
- (instancetype)init NS_UNAVAILABLE;
+ (instancetype)new NS_UNAVAILABLE;
@end
static BOOL isInterceptedSelector(SEL sel)
return (
// UICollectionViewDelegate
sel == @selector(collectionView:didSelectItemAtIndexPath:) ||
sel == @selector(collectionView:willDisplayCell:forItemAtIndexPath:) ||
sel == @selector(collectionView:didEndDisplayingCell:forItemAtIndexPath:) ||
// UICollectionViewDelegateFlowLayout
sel == @selector(collectionView:layout:sizeForItemAtIndexPath:) ||
sel == @selector(collectionView:layout:insetForSectionAtIndex:) ||
sel == @selector(collectionView:layout:minimumInteritemSpacingForSectionAtIndex:) ||
sel == @selector(collectionView:layout:minimumLineSpacingForSectionAtIndex:) ||
sel == @selector(collectionView:layout:referenceSizeForFooterInSection:) ||
sel == @selector(collectionView:layout:referenceSizeForHeaderInSection:) ||
// UIScrollViewDelegate
sel == @selector(scrollViewDidScroll:) ||
sel == @selector(scrollViewWillBeginDragging:) ||
sel == @selector(scrollViewDidEndDragging:willDecelerate:)
);
@interface IGListAdapterProxy ()
__weak id _collectionViewTarget;
__weak id _scrollViewTarget;
__weak IGListAdapter *_interceptor;
@end
@implementation IGListAdapterProxy
- (instancetype)initWithCollectionViewTarget:(nullable id<UICollectionViewDelegate>)collectionViewTarget
scrollViewTarget:(nullable id<UIScrollViewDelegate>)scrollViewTarget
interceptor:(IGListAdapter *)interceptor
IGParameterAssert(interceptor != nil);
// -[NSProxy init] is undefined
if (self)
_collectionViewTarget = collectionViewTarget;
_scrollViewTarget = scrollViewTarget;
_interceptor = interceptor;
return self;
- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector
return isInterceptedSelector(aSelector)
|| [_collectionViewTarget respondsToSelector:aSelector]
|| [_scrollViewTarget respondsToSelector:aSelector];
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
if (isInterceptedSelector(aSelector))
return _interceptor;
return [_scrollViewTarget respondsToSelector:aSelector] ? _scrollViewTarget : _collectionViewTarget;
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
void *nullPointer = NULL;
[invocation setReturnValue:&nullPointer];
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
return [NSObject instanceMethodSignatureForSelector:@selector(init)];
@end
- 这个类总共有三个自定义属性，分别是用来支持外界代理方法回调的 _collectionViewTarget、 _scrollViewTarget，以及用以支持 AOP 的拦截者 _interceptor（IGListAdapter 在调用外界实现的代理方法前，插入了自己的实现，所以可视为拦截者）。isInterceptedSelector 函数表明拦截者使用到了哪些代理方法，而 -respondsToSelector: 和 -forwardingTargetForSelector: 则根据这个函数的返回值决定是否能响应方法，以及应该把消息转发给拦截者还是外部代理。事实上，外部代理就是本小节开头所说的使用者可以访问的属性：
@implementation IGListAdapter
...
self.delegateProxy = [[IGListAdapterProxy alloc] initWithCollectionViewTarget:_collectionViewDelegate
scrollViewTarget:_scrollViewDelegate
interceptor:self];
...
@end
- 通过这种转发机制，即使后续有新的代理方法，也不用手动添加“胶水代码”了，一些流行的开源库中也可以看到这种做法的身影，比如 AsyncDisplayKit 就有对应的 _ASCollectionViewProxy 来转发未实现的代理方法。
四、Multicast Delegate
- 通知和代理是解耦对象间消息传递的两种重要方式，其中通知主要针对一对多的单向通信，而代理则主要提供一对一的双向通信。
- 通常来说， IM 应用在底层模块接受到新消息后，都会进行一次广播处理，让各模块能根据新消息来更新状态。当接收模块不需要向发送模块反馈任何信息时，使用 NSNotificationCenter 就可以实现上述需求。但是一旦发送模块需要根据接收模块返回的信息做一些额外处理，也就是实现一对多的双向通信， NSNotificationCenter 就不满足要求了。
- 最直接的解决方案是，针对这个业务场景自定义一个消息转发中心，让遵守特定协议的外围模块主动注册成为消息接收者。不过既然涉及到了特定协议，就注定了这个消息转发中心缺少通用性，这时候就可以参考下业界现成的方案了。
- 来看看 XMPPFramework 是如何解决这个问题的：
-
- 从文档中可以看出，作者希望 XMPPFramework 具备以下几个特性：
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- 将事件广播给多个监听者；
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- 易于扩展；
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-
-
- 选择的机制要支持返回值；
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- 选择的机制要易于编写线程安全代码。
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- 但是代理或者通知机制都不能很好地满足上述需求，所以 GCDMulticastDelegate 类应运而生。 使用这个类时，广播类需要初始化 GCDMulticastDelegate 对象：
GCDMulticastDelegate <MyPluginDelegate> *multicastDelegate;
multicastDelegate = (GCDMulticastDelegate <MyPluginDelegate> *)[[GCDMulticastDelegate alloc] init];
-
- 并且添加增删代理的方法：
- (void)addDelegate:(id)delegate delegateQueue:(dispatch_queue_t)delegateQueue
[multicastDelegate addDelegate:delegate delegateQueue:delegateQueue];
- (void)removeDelegate:(id)delegate delegateQueue:(dispatch_queue_t)delegateQueue
[multicastDelegate removeDelegate:delegate delegateQueue:delegateQueue];
-
- 当广播对象需要向所有注册的代理发送消息时，可以用以下方式调用：
[multicastDelegate worker:self didFinishSubTask:subtask inDuration:elapsed];
-
- 只要注册的代理实现了这个方法，就可以接收到发送的信息。
- 再来看下 GCDMulticastDelegate 的实现原理：
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- 首先， GCDMulticastDelegate 会在外界添加代理时，创建 GCDMulticastDelegateNode 对象封装传入的代理以及回调执行队列，然后保存在 delegateNodes 数组中，当外界向 GCDMulticastDelegate 对象发送无法响应的消息时，它会针对此消息启动转发机制，并在 Normal forwarding path 这一步转发给所有能响应此消息的注册代理，以下是消息转发相关的源码：
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector
for (GCDMulticastDelegateNode *node 以上是关于iOS之深入解析消息转发objc_msgSend的应用场景的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
iOS底层探索之Runtime: objc_msgSend&汇编快速查找分析
[OC学习笔记]objc_msgSend：动态方法决议和消息转发