消息的慢速查找

objc_msgSend慢速查找流程分析 

汇编分析

在消息快速查找过程中，如果没能在cache中找到方法实现，最终都会走到__objc_msgSend_uncached汇编函数，主要代码如下

STATIC_ENTRY __objc_msgSend_uncached
UNWIND __objc_msgSend_uncached, FrameWithNoSaves

// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
// Out-of-band p15 is the class to search
	
MethodTableLookup
TailCallFunctionPointer x17

END_ENTRY __objc_msgSend_uncached

代码的核心即MethodTableLookup，MethodTableLookup主要功能就是查询方法列表，汇编实现如下

.macro MethodTableLookup
	
	SAVE_REGS MSGSEND

	// lookUpImpOrForward(obj, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER)
	// receiver and selector already in x0 and x1
	mov	x2, x16
	mov	x3, #3
	bl	_lookUpImpOrForward

	// IMP in x0
	mov	x17, x0

	RESTORE_REGS MSGSEND

.endmacro

代码的核心是_lookUpImpOrForward

 验证

执行一个实例方法，添加Symbolic断点，标记为objc_msgSend和objc_msgSend_uncached 开启汇编调试，运行

 进入main，发现objc_msgSend

 进入objc_msgSend，发现objc_msgSend_uncached

在 objc_msgSend_uncached添加断点，stepinto，进入，发现lookUpImpOrForward

lookUpImpOrForward是c++实现，此时开始进入C/C++代码分析部分 

C/C++分析

IMP lookUpImpOrForward(id inst, SEL sel, Class cls, int behavior)
{
    // 定义的消息转发
    const IMP forward_imp = (IMP)_objc_msgForward_impcache; 
    IMP imp = nil;
    Class curClass;

    runtimeLock.assertUnlocked();

    // 快速查找，如果找到则直接返回imp
    //目的：防止多线程操作时，刚好调用函数，此时缓存进来了
    if (fastpath(behavior & LOOKUP_CACHE)) { 
        imp = cache_getImp(cls, sel);
        if (imp) goto done_nolock;
    }
    
    //加锁，目的是保证读取的线程安全
    runtimeLock.lock();
    
    //判断是否是一个已知的类：判断当前类是否是已经被认可的类，即已经加载的类
    checkIsKnownClass(cls); 
    
    //判断类是否实现，如果没有，需要先实现，此时的目的是为了确定父类链，方法后续的循环
    if (slowpath(!cls->isRealized())) { 
        cls = realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked(cls, runtimeLock);
    }

    //判断类是否初始化，如果没有，需要先初始化
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_INITIALIZE) && !cls->isInitialized())) { 
        cls = initializeAndLeaveLocked(cls, inst, runtimeLock);
    }

    runtimeLock.assertLocked();
    curClass = cls;

    //----查找类的缓存
    
    // unreasonableClassCount -- 表示类的迭代的上限
    //（猜测这里递归的原因是attempts在第一次循环时作了减一操作，然后再次循环时,仍在上限的范围内，所以可以继续递归）
    for (unsigned attempts = unreasonableClassCount();;) { 
        //---当前类方法列表（采用二分查找算法），如果找到，则返回，将方法缓存到cache中
        Method meth = getMethodNoSuper_nolock(curClass, sel);
        if (meth) {
            imp = meth->imp;
            goto done;
        }
        //当前类 = 当前类的父类，并判断父类是否为nil
        if (slowpath((curClass = curClass->superclass) == nil)) {
            //--未找到方法实现，方法解析器也不行，使用转发
            imp = forward_imp;
            break;
        }

        // 如果父类链中存在循环，则停止
        if (slowpath(--attempts == 0)) {
            _objc_fatal("Memory corruption in class list.");
        }

        // --父类缓存
        imp = cache_getImp(curClass, sel);
        if (slowpath(imp == forward_imp)) { 
            // 如果在父类中找到了forward，则停止查找，且不缓存，首先调用此类的方法解析器
            break;
        }
        if (fastpath(imp)) {
            //如果在父类中，找到了此方法，将其存储到cache中
            goto done;
        }
    }

    //没有找到方法实现，尝试一次方法解析

    if (slowpath(behavior & LOOKUP_RESOLVER)) {
        //动态方法决议的控制条件，表示流程只走一次
        behavior ^= LOOKUP_RESOLVER; 
        return resolveMethod_locked(inst, sel, cls, behavior);
    }

 done:
    //存储到缓存
    log_and_fill_cache(cls, imp, sel, inst, curClass); 
    //解锁
    runtimeLock.unlock();
 done_nolock:
    if (slowpath((behavior & LOOKUP_NIL) && imp == forward_imp)) {
        return nil;
    }
    return imp;
}

主要步骤如下：

1.在缓存cache中快速查找，如果找到，就返回imp，否则进入下一步。

2.判断cls：

• 是否是已加载的类
• 类是否实现，如果没有，则需要先实现，确定其父类链，此时实例化的目的是为了确定父类链、ro、以及rw等，方法后续数据的读取以及查找的循环
• 是否初始化

3.for循环，按照类的继承链（包含元类）来查找：

• 在当前cls的方法列表进行二分查找方法，找到，则把方法写入cache，并返回imp
• 当前cls被赋值为父类，如果父类等于nil，则imp = 消息转发，并终止递归，进入下一步
• 如果父类链中存在循环，则报错，终止循环
• 父类缓存中查找方法

4.判断是否动态解析过，没执行过则执行，执行过了则进入消息转发。

 

getMethodNoSuper_nolock方法：二分查找方法列表

查找流程如下图（图片转载自 Style_月月,感谢🙏）

核心代码如下

ALWAYS_INLINE static method_t *
findMethodInSortedMethodList(SEL key, const method_list_t *list)
{
    ASSERT(list);

    const method_t * const first = &list->first;
    const method_t *base = first;
    const method_t *probe;
    uintptr_t keyValue = (uintptr_t)key; //key 等于 say666
    uint32_t count;
    //base相当于low，count是max，probe是middle，这就是二分
    for (count = list->count; count != 0; count >>= 1) {
        //从首地址+下标 --> 移动到中间位置（count >> 1 右移1位即 count/2 = 4）
        probe = base + (count >> 1); 
        
        uintptr_t probeValue = (uintptr_t)probe->name;
        
        //如果查找的key的keyvalue等于中间位置（probe）的probeValue，则直接返回中间位置
        if (keyValue == probeValue) { 
            // -- while 平移 -- 排除分类重名方法
            while (probe > first && keyValue == (uintptr_t)probe[-1].name) {
                //排除分类重名方法（方法的存储是先存储类方法，在存储分类---按照先进后出的原则，分类方法最先出，而我们要取的类方法，所以需要先排除分类方法）
                //如果是两个分类，就看谁先进行加载
                probe--;
            }
            return (method_t *)probe;
        }
        
        //如果keyValue 大于 probeValue，就往probe即中间位置的右边查找
        if (keyValue > probeValue) { 
            base = probe + 1;
            count--;
        }
    }
    
    return nil;
}

 算法原理：for循环，每次都取中间位置probeValue与keyValue比较，若相等，则需要排除分类方法，接着返回查询到的位置的方法实现，若不相等，则需要继续for循环，若循环结束还是没有找到，则直接返回nil

 

总结

查找实例方法，在类中找，慢速查找父类链：类——父类——根类——nil

查找类方法，在元类中找，慢速查找父类链：元类——根元类——根类——nil

慢速查找不到，尝试动态方法决议

动态方法决议还找不到，进入消息转发