iOS OC类原理二

iOS OC类原理二

• 前言：
• 1. `cache_t cache LLDB` 简单分析
• 2.`cache_t cache` 流程源码分析
• `cache_fill_nolock`详细流程：

前言：

上一篇探索了

属性 成员变量 方法

在

类

中是如何存储的，即存储在

class_ro_t *ro

中，上一篇中提到为什么在

rw

中也能打印相应的

属性 方法

呢？

因为

rw

中的

属性 方法

在编译期是没有的，是在运行时从

ro

中

copy

赋值到

rw

中。

struct objc_class : objc_object {
// Class ISA; // 8
Class superclass; // 8
cache_t cache;    // 16 不是8         // formerly cache pointer and vtable
class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags

class_rw_t *data() {
return bits.data();
}
···
}

从

类

的源码中不难看出前两个

成员

分别是

isa

和

superclass

，上一篇我们探索了

属性 成员变量 方法

在

bits

中的存储，那么

cache_t cache

中存储的是什么呢 ？

cache_t cache

源码：

struct cache_t {
struct bucket_t *_buckets; // 8
mask_t _mask;  // 4
mask_t _occupied; // 4

public:
struct bucket_t *buckets();
···
}

struct bucket_t {
private:
// IMP-first is better for arm64e ptrauth and no worse for arm64.
// SEL-first is better for armv7* and i386 and x86_64.
#if __arm64__
MethodCacheIMP _imp;
cache_key_t _key;
#else
cache_key_t _key;
MethodCacheIMP _imp;
#endif

public:
inline cache_key_t key() const { return _key; }
inline IMP imp() const { return (IMP)_imp; }
inline void setKey(cache_key_t newKey) { _key = newKey; }
inline void setImp(IMP newImp) { _imp = newImp; }

void set(cache_key_t newKey, IMP newImp);
};

猜测：

cache_t cache

中存储的是

方法

的缓存。

1.

cache_t cache LLDB

简单分析

首先创建一个

类

，代码如下：

@interface LGPerson : NSObject{
NSString *hobby;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)sayHello;

- (void)sayCode;

- (void)sayMaster;

- (void)sayNB;

+ (void)sayHappy;

@end

#import "LGPerson.h"

@implementation LGPerson

- (void)sayHello{
NSLog(@"LGPerson say : %s",__func__);
}

- (void)sayCode{
NSLog(@"LGPerson say : %s",__func__);
}

- (void)sayMaster{
NSLog(@"LGPerson say : %s",__func__);
}

- (void)sayNB{
NSLog(@"LGPerson say : %s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
NSLog(@"LGPerson say : %s",__func__);
}

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
LGPerson *person = [LGPerson alloc];
Class pClass = [LGPerson class];
// cache_t 为什么没有 - 第一次
[person sayHello];
[person sayCode];
[person sayNB];
}
}

通过打印

cache_t cache

，发现方法缓存确实存在

cache_t cache

中(有时候系统可能会出现问题，打印出

cache_t cache

中的

_key

和

_imp

为空，多运行打印几次就ok)。

2.

cache_t cache

流程源码分析

通过上面的打印查看了

cache_t cache

的缓存内容，接下来查看源码分析一下

cache_t cache

的具体流程：

首先查看

cache_t

中容量

mask_t capacity()

的实现：

mask_t capacity()

的实现:

mask_t cache_t::capacity()
{
return mask() ? mask()+1 : 0;
}

mask_t cache_t::mask()
{
return _mask;
}

在实现中对

cache_t

的

_mask

进行

+1

，那么什么是调用对这个

capacity()

的呢？

通过搜索源码查看在

expand()

方法中调用：

void cache_t::expand()  // 扩容
{
cacheUpdateLock.assertLocked();

uint32_t oldCapacity = capacity();
uint32_t newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;

if ((uint32_t)(mask_t)newCapacity != newCapacity) {
// mask overflow - can't grow further
// fixme this wastes one bit of mask
newCapacity = oldCapacity;
}

reallocate(oldCapacity, newCapacity);
}

而

扩容 expand()

方法是在

cache_fill_nolock

方法中调用

static void cache_fill_nolock(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver)
{
cacheUpdateLock.assertLocked();

// Never cache before +initialize is done
if (!cls->isInitialized()) return;

// Make sure the entry wasn't added to the cache by some other thread
// before we grabbed the cacheUpdateLock.
if (cache_getImp(cls, sel)) return;

cache_t *cache = getCache(cls);
cache_key_t key = getKey(sel);

// Use the cache as-is if it is less than 3/4 full
mask_t newOccupied = cache->occupied() + 1;
mask_t capacity = cache->capacity();
if (cache->isConstantEmptyCache()) {
// Cache is read-only. Replace it.
cache->reallocate(capacity, capacity ?: INIT_CACHE_SIZE);
}
else if (newOccupied <= capacity / 4 * 3) {
// Cache is less than 3/4 full. Use it as-is.
}
else {
// Cache is too full. Expand it.
cache->expand();
}

// Scan for the first unused slot and insert there.
// There is guaranteed to be an empty slot because the
// minimum size is 4 and we resized at 3/4 full.
bucket_t *bucket = cache->find(key, receiver);
if (bucket->key() == 0) cache->incrementOccupied();
bucket->set(key, imp);
}

由此我们找到了这个方法调用的入口，接下来我们断点调试分析一下这个详细的流程：

cache_fill_nolock

详细流程：

在

cache_fill_nolock

方法中：

1.先从 cache 中获取 imp ,获取到直接 return
if (cache_getImp(cls, sel)) return;
2.获取 cache 和 key，第一次调用 sayHello 方法，cache 中_mask 和 _occupied 为0

3. 对 cache 的 occupied + 1, 并获取容量 capacity （此时为0），
4. 判断是否是 isConstantEmptyCache ，如果是 EmptyCache，
调用cache->reallocate(capacity, capacity ?: INIT_CACHE_SIZE)
跳转到第 7 步；
INIT_CACHE_SIZE 为：1 << 2 = 4
enum {
INIT_CACHE_SIZE_LOG2 = 2,
INIT_CACHE_SIZE      = (1 << INIT_CACHE_SIZE_LOG2)
}

5. 判断桶子 Buckets 的占用量是否是 小于等于 容量的3/4
即：newOccupied <= capacity / 4 * 3，小于3/4 直接跳转到  第8步；

6. 当桶子 Buckets 的占用量达到临界点时，执行扩容 cache->expand();
expand() 方法中：
6.1 获取 oldCapacity = capacity()  // 4;
newCapacity = oldCapacity ? oldCapacity*2 : INIT_CACHE_SIZE;  // 8
6.2 reallocate(oldCapacity, newCapacity)
即：reallocate(4, 8)，跳转到 第7步；

7. reallocate(mask_t oldCapacity, mask_t newCapacity) 传入一个oldCapacity = 0，
newCapacity = 1 << 2 = 4

7.1 先获取 freeOld 标识，是否释放旧缓存，bool freeOld = canBeFreed()
即：bool cache_t::canBeFreed()
{
return !isConstantEmptyCache();
}
此时，没有缓存 cache, 所以 freeOld 为false

7.2 创建一个新的 bucket_t *newBuckets，开辟4个位置

7.3 用新容量 newCapacity - 1，对创建的 newBuckets 进行设置
setBucketsAndMask(newBuckets, newCapacity - 1);

7.4 判断 释放标识 freeOld，
true： 释放旧的 oldBuckets 和 oldCapacity
即：cache_collect_free(oldBuckets, oldCapacity);
false：不执行
此时 freeOld 为 false

8. 从 cache 中根据 key 查找 合适 Buckets

8.1 获取 buckets，获取 mask = 3 (sort)
bucket_t *b = buckets();
mask_t m = mask();
8.2 通过对 k (对 sel 哈希的到的 cache_key_t key = getKey(sel)) 和 m 进行哈希得到下标
mask_t begin = cache_hash(k, m);
static inline mask_t cache_hash(cache_key_t key, mask_t mask)
{
return (mask_t)(key & mask);
}
通过 sel 和 mask 的位运算，计算出一个合理的 begin，就是哈希的下标

8.3 通过 begin， do...while 循环，查找 bucket_t。
查找到就返回，查找不到返回 bad_cache

9. 桶子 bucket 查找到以后，可以占用，对 _occupied++。

10. 把 key 和 imp 保存在桶子里  bucket->set(key, imp)。

到此，cache_t cache中的缓存存储流程分析完成。

简单的总结，

1. 先查找缓存，缓存命中直接返回，
2. 当没有缓存时，开辟新的缓存并初始化，然后查找桶子 _buckets，然后 _occupied ++，然后存储 set(key, imp)；

3. 当有缓存，并小于容量的3/4时，直接查找桶子 _buckets，然后 _occupied ++，然后存储 set(key, imp)；

4. 当有缓存，大于容量的3/4时，扩容到二倍，查找桶子 _buckets，然后 _occupied ++，然后存储 set(key, imp)；

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