iOS 底层原理

1.isa指针

  • 在Objective-C中,任何类的定义都是对象。类和类的实例(对象)没有任何本质上的区别。
  • isa:是一个Class 类型的指针. 每个实例对象有个isa的指针,他指向对象的类,而Class里也有个isa的指针, 指向meteClass(元类)。元类保存了类方法的列表。当类方法被调用时,先会从本身查找类方法的实现,如果没有,元类会向他父类查找该方法。同时注意的是:元类(meteClass)也是类,它也是对象。元类也有isa指针,它的isa指针最终指向的是一个根元类(root meteClass).根元类的isa指针指向本身,这样形成了一个封闭的内循环。


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  • 每一个对象本质上都是一个类的实例。其中类定义了成员变量和成员方法的列表。对象通过对象的isa指针指向类。
  • 每一个类本质上都是一个对象,类其实是元类(meteClass)的实例。元类定义了类方法的列表。类通过类的isa指针指向元类。
  • 所有的元类最终继承一个根元类,根元类isa指针指向本身,形成一个封闭的内循环。
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2.runtime 运行时,动态方法交换

  • 指一个程序在运行(或者在被执行)的状态。也就是说,当你打开一个程序使它在电脑上运行的时候,那个程序就是处于运行时刻。在一些编程语言中,把某些可以重用的程序或者实例打包或者重建成为“运行库"。这些实例可以在它们运行的时候被连接或者被任何程序调用。

  • objective-c中runtime:是一套比较底层的纯C语言API, 属于1个C语言库, 包含了很多底层的C语言API。 在我们平时编写的OC代码中, 程序运行过程时, 其实最终都是转成了runtime的C语言代码。
    [图片上传中...(image.png-34c412-1614049674020-0)]

//1 动态增加变量
@property (nonatomic, assign) BOOL isNotIgnore;
//runtime 动态绑定 属性
- (BOOL)isNotIgnore{
    //_cmd == @select(isIgnore); 和set方法里一致
    return [objc_getAssociatedObject(self, _cmd) boolValue];
}
- (void)setIsNotIgnore:(BOOL)isNotIgnore{
    // 注意BOOL类型 需要用OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC 不要用错,否则set方法会赋值出错
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(isNotIgnore), @(isNotIgnore), OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}


//2 对象方法的交换
/**
 *  对象方法的交换
 *
 *  @param anClass    哪个类
 *  @param method1Sel 方法1
 *  @param method2Sel 方法2
 */
+ (void)exchangeInstanceMethod:(Class)anClass method1Sel:(SEL)method1Sel method2Sel:(SEL)method2Sel {
    Method method1 = class_getInstanceMethod(anClass, method1Sel);
    Method method2 = class_getInstanceMethod(anClass, method2Sel);
    method_exchangeImplementations(method1, method2);
}

//3 动态类方法的交换
/**
 *  类方法的交换
 *
 *  @param anClass    哪个类
 *  @param method1Sel 方法1
 *  @param method2Sel 方法2
 */
+ (void)exchangeClassMethod:(Class)anClass method1Sel:(SEL)method1Sel method2Sel:(SEL)method2Sel {
    Method method1 = class_getClassMethod(anClass, method1Sel);
    Method method2 = class_getClassMethod(anClass, method2Sel);
    method_exchangeImplementations(method1, method2);
}


//4 对象方法重置
/**
 *  对象方法重置
 *
 *  @param anClass    哪个类
 *  @param oldMethodSel 方法1
 *  @param newMethodSel 方法2
 */
+ (void)setClassMethod:(Class)anClass oldMethodSel:(SEL) oldMethodSel newMethodSel:(SEL)newMethodSel  {
    Method oldMethod = class_getInstanceMethod(anClass, oldMethodSel);
    Method newMethod = class_getInstanceMethod(anClass, newMethodSel);
    method_setImplementation(oldMethod, method_getImplementation(newMethod));
}

3.Tagged Pointer

3.1 32/64位设备区别
  • 这个概念其实对应现在已经有点老了,32为设备已在苹果放弃支持的日程表上了。但是对于一些基础还是有必要了解一下。简单就是在64位设备上,同一地址裂开2部分使用,那其中32位最基础值类保存,另外位数存指针,索引表之类的数据,复用一个地址上的存储空间。这点和mcu内存一个byte,低4位和高4分开存在2个0-16的数值,是类似的。

  • 假设我们要存储一个NSNumber对象,其值是一个整数。正常情况下,如果这个整数只是一个NSInteger的普通变量,那么它所占用的内存是与CPU的位数有关,在32位CPU下占4个字节,在64位CPU下是占8个字节的。而指针类型的大小通常也是与CPU位数相关,一个指针所占用的内存在32位CPU下为4个字节,在64位CPU下也是8个字节。

  • 普通的iOS程序,如果没有Tagged Pointer对象,从32位机器迁移到64位机器中后,虽然逻辑没有任何变化,但这种NSNumber、NSDate一类的对象所占用的内存会翻倍


    image
  • 为了改进上面提到的内存占用和效率问题,苹果提出了Tagged Pointer对象。由于NSNumber、NSDate一类的变量本身的值需要占用的内存大小常常不需要8个字节,拿整数来说,4个字节所能表示的有符号整数就可以达到20多亿(注:2^31=2147483648,另外1位作为符号位),对于绝大多数情况都是可以处理的。
    所以我们可以将一个对象的指针拆成两部分,一部分直接保存数据,另一部分作为特殊标记,表示这是一个特别的指针,不指向任何一个地址。所以,引入了Tagged Pointer对象之后,64 位 CPU 下 NSNumber 的内存图变成了以下这样:


    image
  • 1.Tagged Pointer专门用来存储小的对象,例如NSNumber和NSDate

  • 2.Tagged Pointer指针的值不再是地址了,而是真正的值。所以,实际上它不再是一个对象了,它只是一个披着对象皮的普通变量而已。所以,它的内存并不存储在堆中,也不需要 malloc 和 free。

  • 3.在内存读取上有着 3 倍的效率,创建时比以前快 106 倍。

  • Tagged Pointer的引入也带来了问题,即Tagged Pointer因为并不是真正的对象,而是一个伪对象,所以你如果完全把它当成对象来使,可能会让它露马脚。所有对象都有 isa 指针,而Tagged Pointer其实是没有的,因为它不是真正的对象。参考:《唐巧博客 Objective-C 对象模型及应用》
    所以如果你直接访问Tagged Pointerisa成员的话,在编译时将会有如下警告:

    image

4.Block

4.1 block的底层

  • 作者tripleCC《Block技巧与底层解析》这个说明说得比书本更详细。我简单总结一下,底层就是结构体存着函数地址起始,及其长度。在需要时调用该变量。但是中间过程会有变量的复制问题,和引用问题处理。

4.2 block需要注意的问题

  • __block修饰变量,在block中,使用能直接改变变量的值。

  • 没有__block修饰变量,在block使用,等于原变量copy了一个新变量,改变其值不影响原值。

  • 这个问题出现在block替换代理时,引用变量导致控制器不释放比较常见。因为copy导致原变量引用加一。

  • 所以block引用self,必须加上弱引声明:

__weak typeof(BaseViewController) *weakSelf = self

5. 多线程GCD

  • 参考:《iOS中GCD的使用小结》《GCD死锁及取消》
    《GCD 与 NSOperationQueue 区别》

  • GCD 全称Grand Center Dispatch (抽象层次:高)
    优点:是 Apple 开发的一个多核编程的解决方法,简单易用,效率高,速度快,基于C语言,更底层更高效,并且不是Cocoa框架的一部分,自动管理线程生命周期(创建线程、调度任务、销毁线程)。

  • 缺点: 使用GCD的场景如果很复杂,就有非常大的可能遇到死锁问题。

  • GCD抽象层次最高,使用也简单,因此,苹果也推荐使用GCD

GCD中的三种队列类型

  1. The main queue(主线程串行队列): 与主线程功能相同,提交至Main queue的任务会在主线程中执行,
  • Main queue 可以通过dispatch_get_main_queue()来获取。
  1. Global queue(全局并发队列): 全局并发队列由整个进程共享,有高、中(默认)、低、后台四个优先级别。
  • Global queue 可以通过调用dispatch_get_global_queue函数来获取(可以设置优先级)
  1. Custom queue (自定义队列): 可以为串行,也可以为并发。
  • Custom queue 可以通过dispatch_queue_create()来获取;
  1. Group queue (队列组):将多线程进行分组,最大的好处是可获知所有线程的完成情况。
  • Group queue 可以通过调用dispatch_group_create()来获取,通过dispatch_group_notify,可以直接监听组里所有线程完成情况。

  • 获取主线程串行队列

dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
  • 主线程串行队列同步执行任务,在主线程运行时,会产生死锁
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_sync(mainQueue,^{
  NSLog("MainQueue");            
});

程序一直处于等待状态,block中的代码将执行不到

  • 主线程串行队列异步执行任务,在主线程运行,不会产生死锁。
dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
dispatch_async(mainQueue,^{
  NSLog("MainQueue");            
});
  • 从子线程,异步返回主线程更新UI<这种使用方式比较多>
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);
   dispatch_async(globalQueue, ^{
       //子线程异步执行下载任务,防止主线程卡顿
       NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://www.baidu.com"];
       NSError *error;
       NSString *htmlData = [NSString stringWithContentsOfURL:url encoding:NSUTF8StringEncoding error:&error];
       if (htmlData != nil) {
           dispatch_queue_t mainQueue = dispatch_get_main_queue();
            //异步返回主线程,根据获取的数据,更新UI
           dispatch_async(mainQueue, ^{
               NSLog(@"根据更新UI界面");
           });
       } else {
           NSLog(@"error when download:%@",error);
       }
  });

主线程串行队列由系统默认生成的,所以无法调用dispatch_resume()dispatch_suspend()来控制执行继续或中断。

附原文出处(转载):https://my.oschina.net/u/3729367/blog/1606389
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