格而知之7：我所理解的Runtime（2）

消息发送（Messaging）

8、以上便是runtime相关的一些数据结构，接下来我们回看一开始的疑问：

objc_msgSend()函数在执行的过程中是如何找到对应的类，找到对应的方法实现的呢？

这就是消息发送（messaging）的处理过程了：

(1)、对于上文的Class的数据结构的描述，官方文档只简略了把它们归纳成了两部分：一个指向其父类的指针和一个方法调用表（这个Class的所有方法的selector和实现代码所在地址的关联表）；

(2)、当某个消息被发送到一个对象之后（即对象执行某个方法），runtime会根据这个对象的isa指针找到它所属的类，在类的方法调用表里查找对应的selector。如果没有找到的话，它会继续沿着类的super_class指针找到它的父类，在父类的方法调用表里查找对应的selector；

(3)、找到了对应的selector之后，就根据selector找到方法的实现代码的地址，执行这些实现的代码。如果没有找到，则会启用消息转发（message forwarding）机制，这个机制在后文会详谈；

(4)、所以一个方法的实现代码，并不是在编译的时候就确定好的，它是直到调用这个方法的时候，才通过消息发送机制，定位到方法的实现代码处执行，所以方法的调用和实现是动态绑定（dynamically bound）的；

(5)、当执行方法的实现代码的时候，objc_msgSend()函数不止会把实现代码需要的参数传给它，同时还会多传两个隐藏参数：self和_cmd。这两个参数其实就是objc_msgSend(receiver, selector)的receiver和selector，表面上objc_msgSend()函数只是把receiver和selector之后的那些参数传给了方法的实现代码（如果后面还有参数的话），实际上它偷偷地把receiver和selector也给传进去了，方法的实现代码里使用self和_cmd这两个形参就能调用到receiver和selector。

所以为什么当我们在编写一个方法的代码的时候，使用“self”就能直接调用到这个方法调用的对象，就是通过这个过程传递进来的；

(6)、为了提高消息发送的速度，每次在查找方法调用表前，会先查找一个类的cache（见前文7(7)），cache里存放了常用的方法的selector和实现代码地址的对应关系，如果在cache里能够找到对应的selector，那就可以直接跳到方法的实现代码处做执行，不需要再去跑剩下的消息发送流程。

判断方法是否“常用”依照了这样一个原则：如果一个方法被调用了一次，那么它就很有可能会被调用第二次，这个方法就会被加入cache。如果程序运行了足够久，让cache做了足够的热身（warn up），那么程序的运行会比一开始的时候更快，此时几乎所有需要调用的方法都能在cache里找到。

(7)、官方提供的消息发送的流程图如下：

动态方法解析（Dynamic Method Resolution）和消息转发（Message Forwarding）

9、那么还有一个疑问没有讨论，就是如果在消息发送的过程中发生了意外的话，它又会怎么处理呢？其实也就是8(3)中所提到的：如果消息发送没能找到对应的方法，那么runtime就会启用消息转发（message forwarding）机制来进行处理。

首先我们知道，正常情况下我们会在类的@implementation写好方法的实现代码，当执行这个方法的时候，runtime最终会绑定到这段实现代码并执行它，这是正常的流程。如果没有找到对应的实现代码，那么runtime会依次按照下面三个步骤来处理这个消息：

(1)、其实runtime并不会立刻就启动消息转发，首先runtime会做的是动态方法解析（Dynamic Method Resolution）。它调用当前类的类方法+resolveInstanceMethod:(处理实例方法)或+resolveClassMethod:(处理类方法)，看看是否在方法中有动态添消息的方法实现，有则执行，无则继续下一步处理；

(2)、如果来到这一步，才是真正地开始消息转发了。runtime首先会进行快速转发（Fast Forwarding），它会调用当前类的- (id)forwardingTargetForSelector:方法，看看方法中是否有将此消息转发给其他类的处理，有则将消息转发给对应处理的类，无则继续下一步处理；

(3)、最后runtime会进行完整的消息转发（Normal Forwarding），它首先会调用- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:方法，如果方法能正常返回一个NSMethodSignature对象，那么它就会创建一个表示消息的NSInvocation对象，这个对象包含了消息相关的所有细节，然后调用- (void)forwardInvocation:方法进行完整的转发，如果- (void)forwardInvocation:方法中有对这个消息的相关转发处理，就将消息转发给对应的另一类进行处理处理，如果没有，则抛出unrecognized selector sent to instance或者unrecognized selector sent to class的异常信息。

这就是一个完整的消息转发处理流程。

10、我们可以通过@samlaudev的一个demo验证整个转发过程：

(1)、首先定义了一个Message类，并在类中定义了一个实例方法：

当调用了这个方法的时候：

会有如下输出：

这是一个正常的方法执行；

(2)、然后我们首先来验证第一步：动态方法解析。

将-(void)sendMessage：方法的实现代码注掉，同时添加以下方法：

这对应处理的第一步，此时-(void)sendMessage:方法已经没有正常的实现代码了，根据第一步，runtime会在+resolveInstanceMethod:方法中看看是否有动态添加-(void)sendMessage：方法实现，此时运行后输出：

说明runtime确实执行了动态方法解析；

(3)、然后我们来验证第二步，即是消息转发的第一步：快速转发给其他类处理。

此时需要新建一个其他类MessageForwarding，然后在MessageForwarding类中也定义一个-(void)message:方法：

然后回到Message类，把上一步的+resolveInstanceMethod:方法注掉，添加以下快速转发的方法：

意思即是将这个消息快速转发给MessageForwarding对象去处理，运行输出如下：

说明runtime执行了消息转发的第一步；

(4)、最后我们来验证处理的第三步，即是消息转发的第二步：将消息完整转发给其他类处理。

此时我们再新建一个类MessageNormalForwading，并在MessageNormalForwading类中也定义一个-(void)message:方法：

回到Message类，将第二步的-(id) forwardingTargetForSelector:方法注掉，然后添加以下两个方法：

将消息封装成一个NSIncocation对象，然后将它完整转发给MessageNormalForwading类去处理。执行后输出：

说明runtime完整地执行了消息转发的第二步。

由此我们验证了这三个步骤。

动态解析类方法和类型编码

11、在10(2)所处理的第一步中，如果需要动态解析的方法是类方法，应该怎么处理呢？

我们给Message类声明一个类方法+(void)classSendMessage:并且不做任何实现，然后需要在Message类中添加这样一个方法来处理：

执行以下代码后：

输出如下：

需要注意的地方是，在classSendMessage:方法内执行class_addMethod()函数时的第一个参数。

当我们添加实例方法的时候，class_addMethod()函数第一个参数传的是[self class]，传当前的类；而添加类方法的时候，就需要传[self class]所属的类，当前类所属的类，即是元类（Meta Class）。

这正是我们在前文讨论过的，在类的method_list里添加方法，会成为它的实例可调用的方法，即是这个类的实例方法；在类所属的元类的method_list里添加方法，会成为元类的实例可调用的方法，元类的实例即是当前类，于是成为了这个类的类方法。

12、消息转发能让一个类通过把消息传递给其他类处理，来处理一些它本来不能处理的方法，看起来似乎能模拟“多重继承”的效果，通过把不同消息转发给其他类处理模拟了继承自其他类的效果。不过消息转发虽然类似于继承，但NSObject的一些方法还是能区分两者，如respondsToSelector:和isKindOfClass:只能用于继承体系，而不能用于转发链。

13、还有一个地方可以注意一下：在动态方法解析和完整消息转发中的相关方法中，都出现了这么一个字符串："v@*"，这个字符串是类型编码，它将消息中的方法归纳成几个字符串来表示。

比如上文消息转发的例子中，消息里的方法是-(void)message:，于是"v@*"中的v表示方法返回值为void，*表示方法的参数是NSString类型的，@则表示隐藏参数self。

隐藏参数在类型编码中是可写可不写的，所以考虑到还有另外一个隐藏参数_cmd，这个类型编码写成"v@:*"也是可以的。当然直接写成"v*"也没问题。

参考文档：

官方文档

https://github.com/samlaudev/RuntimeDemo

www.jianshu.com/p/25a319aee33d

http://www.cocoachina.com/ios/20141105/10134.html

http://www.cocoachina.com/ios/20141106/10150.html