iOS 方法动态决议和消息转发机制

iOS 方法动态决议和消息转发机制

IOS小彩虹2021-08-20 19:19:00210A+A-

通过上一篇章的学习,OC调用方法,底层是调用 objc_msgSend 发送消息。在发送消息时会经过一系列的快速 查找、慢速查找,如果查找到对应的 IMP,直接返回;如果没有找到,就会进入到方法的动态解析和消息转发流程。

1. 动态方法决议

通过探索objc_msgSend源码,当慢速查找依然没有找到IMP时,会进入方法动态解析阶段,源码如下:

在经过 _class_resolveMethod方法后,在进行一次 retry,重新进行一遍方法的查找流程,而只有一次动态方法解析的机会就是在 _class_resolveMethod方法中。

_class_resolveMethod源码如下:

void _class_resolveMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    // 是否是元类
    if (! cls->isMetaClass()) {
        // try [cls resolveInstanceMethod:sel]

        _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
    } 
    else {
        // try [nonMetaClass resolveClassMethod:sel]
        // and [cls resolveInstanceMethod:sel]
        _class_resolveClassMethod(cls, sel, inst); // 已经处理
        if (!lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                            NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
        {
            // 对象方法 决议
            _class_resolveInstanceMethod(cls, sel, inst);
        }
    }
}

因为类方法是存储在元类中,所以在_class_resolveMethod中的处理有所不同

元  类:说明是对元类中的类方法进行处理,但是元类中的方法是在根元类中以实例方法的形式存储的,所以
最终会查找根元类的实例方法,调用实例方法解析查找。

非元类:对储存在类中的实例方法进行处理。

1.1 实例方法动态解析 _class_resolveInstanceMethod

_class_resolveInstanceMethod方法中对实例方法动态解析,源码如下:

static void _class_resolveInstanceMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    // 1. 判断系统是否实现SEL_resolveInstanceMethod方法
    // 即+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel, 
    // 继承自NSObject的类,默认实现,返回NO
    if (! lookUpImpOrNil(cls->ISA(), SEL_resolveInstanceMethod, cls, 
                         NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
    {
        // Resolver not implemented.
        // 不是NSObject的子类,也未实现+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel,
        // 直接返回,没有动态解析的必要
        return;
    }

    // 2. 系统给你一次机会 - 你要不要针对 sel 来操作一下下
    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(cls, SEL_resolveInstanceMethod, sel);

    
    // 3. 再次寻找IMP
    IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, 
                             NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/);

    if (resolved  &&  PrintResolving) {
        if (imp) {
            _objc_inform("RESOLVE: method %c[%s %s] "
                         "dynamically resolved to %p", 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), imp);
        }
        else {
            // Method resolver didn't add anything? _objc_inform("RESOLVE: +[%s resolveInstanceMethod:%s] returned YES" ", but no new implementation of %c[%s %s] was found", cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), cls->isMetaClass() ? '+' : '-', cls->nameForLogging(), sel_getName(sel)); } } } 

由此:我们可以在+(BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel方法中对未实现的方法指定已实现方法的IMP,并添加到类中,实现方法动态解析,防止系统崩溃。

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    
    NSLog(@"来了老弟:%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(sel));

    if (sel == @selector(saySomething)) {
        NSLog(@"说话了");
        IMP sayHIMP = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayHello));
        Method sayHMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(sayHello));
        const char *sayHType = method_getTypeEncoding(sayHMethod);
        return class_addMethod(self, sel, sayHIMP, sayHType);
        }
    
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

我们也可以在此方法中根据方法的前缀、路由、事务,跳转的不同的页面,进行bug收集。

1.2 _class_resolveClassMethod

如果是元类,在_class_resolveClassMethod方法中对相关类方法的进行动态解析,该方法的实现步骤和实例方法的实现步骤类似,区别是消息发送的时候获取的是元类,即:

_class_resolveClassMethod源码如下:

static void _class_resolveClassMethod(Class cls, SEL sel, id inst)
{
    assert(cls->isMetaClass());
    // 1. 判断系统是否实现SEL_resolveClassMethod方法
    // 即+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel, 
    // 继承自NSObject的类,默认实现,返回NO 
    if (! lookUpImpOrNil(cls, SEL_resolveClassMethod, inst, 
                         NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/)) 
    {
        // Resolver not implemented.
        return;
    }
    //2. 系统给你一次机会 
    //   通过objc_msgSend调用一下+(BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法
    BOOL (*msg)(Class, SEL, SEL) = (typeof(msg))objc_msgSend;
    bool resolved = msg(_class_getNonMetaClass(cls, inst), 
                        SEL_resolveClassMethod, sel);

    // Cache the result (good or bad) so the resolver doesn't fire next time. // +resolveClassMethod adds to self->ISA() a.k.a. cls //3. 再次查找IMP IMP imp = lookUpImpOrNil(cls, sel, inst, NO/*initialize*/, YES/*cache*/, NO/*resolver*/); if (resolved && PrintResolving) { if (imp) { _objc_inform("RESOLVE: method %c[%s %s] " "dynamically resolved to %p", cls->isMetaClass() ? '+' : '-', cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), imp); } else { // Method resolver didn't add anything?
            _objc_inform("RESOLVE: +[%s resolveClassMethod:%s] returned YES"
                         ", but no new implementation of %c[%s %s] was found",
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel), 
                         cls->isMetaClass() ? '+' : '-', 
                         cls->nameForLogging(), sel_getName(sel));
        }
    }
}

因此,当我们要进行类方法的动态解析时,需要添加+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel进行动态方法解析:

+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel{
    
    NSLog(@"来了类方法:%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(sel));

     if (sel == @selector(sayLove)) {
         NSLog(@"说- 说你你爱我");
         IMP sayHIMP = class_getMethodImplementation(self, @selector(sayObjc));
         Method sayHMethod = class_getClassMethod(self, @selector(sayObjc));
         const char *sayHType = method_getTypeEncoding(sayHMethod);
         // 类方法在元类 objc_getMetaClass("LGStudent")
         return class_addMethod(self, sel, sayHIMP, sayHType);
     }
     return [super resolveClassMethod:sel];
}

小结

  1. 方法先经过缓存查找,方法列表查找后,后进入动态方法解析阶段
  2. 实例方法解析需要实现resolveInstanceMethod方法
  3. 类方法解析需要实现resolveClassMethod方法
  4. 类方法存储在元类之中,由于元类继承自根元类根元类最终继承自NSObject,因此对类方法解析的时候,最终会查找到NSObject。由于元类和根源类由系统创建,无法修改,所以可以再根元类的父类NSObject中,添加对应的实例方法resolveInstanceMethod进行动态解析。

2. 消息转发

在方法查找过程中,经过缓存查找,方法列表查找和动态方法解析,如果以上步骤都没有查找到IMP,也没有进行方法动态解析,那么就会进入最后一步,崩溃。

_objc_msgForward_impcache是汇编方法,如下:

        STATIC_ENTRY __objc_msgForward_impcache
	// Method cache version

	// THIS IS NOT A CALLABLE C FUNCTION
	// Out-of-band Z is 0 (EQ) for normal, 1 (NE) for stret

	beq	__objc_msgForward
	b	__objc_msgForward_stret
	
	END_ENTRY __objc_msgForward_impcache
	

	ENTRY __objc_msgForward
	// Non-stret version

	MI_GET_EXTERN(r12, __objc_forward_handler)
	ldr	r12, [r12]
	bx	r12

	END_ENTRY __objc_msgForward


	ENTRY __objc_msgForward_stret

_objc_msgForward_impcache中,调用__objc_msgForward,然后调用__objc_forward_handler,转掉_objc_forward_handler OC方法如下,然后就是经典崩溃。

那么,在崩溃时,为什么会打印如上图的一系列堆栈信息呢 ?

通过查看 lookUpImpOrForward源码,如上图,当查找到 IMP时,会调用 log_and_fill_cache方法,进行缓存填充和日志存储。

log_and_fill_cache如上图,通过控制 objcMsgLogEnabled来控制日志存储,日志会记录在 /tmp/msgSends目录下,而 objcMsgLogEnabled的赋值是在 instrumentObjcMessageSends之中,可以暴露这个方法,来达到外部打日志的操作。

在查看/tmp/msgSends目录下的文件,如图:

发现调用 resolveInstanceMethod:, forwardingTargetForSelectormethodSignatureForSelectordoesNotRecognizeSelector一系列方法,进行消息转发。

2.1 快速转发流程

通过查看forwardingTargetForSelector的官方文档,

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法,

1. 返回一个对象。如果这个对象非空、非nil,系统会将消息转发给这个对象执行,否则,继续查找其他流程。
系统给了将这个SEL转给其他对象的机会。
2. 如果返回nil,或者没有处理消息转发,会走到forwardInvocation:方法进行处理,进入慢速消息转发流程。

可以通过一下代码,将saySomething方法的消息转发到LGTeacher类中实现,而不会引起系统崩溃,至此消息快速转发结束。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s -- %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    if (aSelector == @selector(saySomething)) {
        return [LGTeacher alloc];
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

2.2 慢速转发流程

进入慢速查找流程,首先必须先实现methodSignatureForSelector方法,返回一个签名,这个方法签名里面封装了返回值类型,参数类型等信息。

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    NSLog(@"%s -- %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    if (aSelector == @selector(saySomething)) { // v @ :
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

然后还必须实现- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation;

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
    SEL aSelector = [invocation selector];
 
    if ([friend respondsToSelector:aSelector])
        [invocation invokeWithTarget:friend];
    else
        [super forwardInvocation:invocation];
}

注意:

1. forwardInvocation 方法和 methodSignatureForSelector 方法必须同时实现
2. methodSignatureForSelector 会生成一个签名,NSInvocation对象,将NSInvocation对象作为
参数传给 forwardInvocation 方法的
3. 在forwardInvocation方法里面将消息给能处理该消息的对象,以避免对象调用
didNotRecognizeSelector 方法导致崩溃
4. forwardInvocation 这个方法类似于将消息当做事务堆放起来,在这里谁可以操作就在这里面操作,
就算不操作也不会崩溃,这里也是防崩溃的最后处理机会。

接下来看一下系统NSObjectforwardInvocation的实现:

+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    [self doesNotRecognizeSelector:(invocation ? [invocation selector] : 0)];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    [self doesNotRecognizeSelector:(invocation ? [invocation selector] : 0)];
}

// Replaced by CF (throws an NSException)
+ (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("+[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p", 
                class_getName(self), sel_getName(sel), self);
}

// Replaced by CF (throws an NSException)
- (void)doesNotRecognizeSelector:(SEL)sel {
    _objc_fatal("-[%s %s]: unrecognized selector sent to instance %p", 
                object_getClassName(self), sel_getName(sel), self);
}

由此可见,系统最后是在doesNotRecognizeSelector方法中抛出异常的,所以重写forwardInvocation方法后,不管里面有么有实现,或者执行父类的方法,程序都是不会崩溃的。

消息转发流程图:

总结

当调用了未实现的方法,三个解决途径:

1、resolveInstanceMethod:为发送消息的对象的添加一个IMP,然后再让该对象去处理
2、forwardingTargetForSelector:将该消息转发给能处理该消息的对象
3、methodSignatureForSelector和 forwardInvocation:第一个方法生成方法签名,然后创建 
NSInvocation 对象作为参数给第二个方法,然后在forwardInvocation  方法里面做消息处理,
只要在第二个方法里面不执行父类的方法,即使不处理也不会崩溃

关于resolveInstanceMethod 方法调用两次的问题?

  1. 当查找IMP时,没有找到时,进入方法动态解析时,会第一次调用resolveInstanceMethod
  2. 然后进入消息转发流程,调用forwardingTargetForSelector,将该消息转发给能处理该消息的对象
  3. 调用methodSignatureForSelectorforwardInvocation,返回签名
  4. 调用forwardInvocation

在断点调试时,通过汇编,发现第二次 resolveInstanceMethod调用在第三步和第四步之间,猜测,当签名处理完毕时,会匹配返回的签名和原始调用方法的签名,那么怎么找到原始调用方法的签名呢?重新发送一次消息。调用 class_getInstanceMethod,重新查找一次方法,再一次发送 resolveInstanceMethod

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