类(元类)对象方法缓存原理
一、摘要
1.阅读该篇,需要对runtime底层及类对象数据结构有一定了解,本篇仅着重讲解方法缓存的算法;
2.以下以类对象来论述,元类对象以此类推;
二、类对象数据结构
//rumtime源码
//小码哥图片
说明:其中cache_t类型变量cache就是用来缓存曾经调度过的方法;
三、方法调度原理
person *per = [[person alloc] init];
createcaches(original_mask);
handlemethod("test1", @selector(test1), [per test1]); handlemethod("test2", @selector(test2), [per test2]); handlemethod("test1", @selector(test1), [per test1]); handlemethod("test3", @selector(test3), [per test3]); handlemethod("test4", @selector(test4), [per test4]); handlemethod("test5", @selector(test5), [per test5]); handlemethod("test4", @selector(test4), [per test4]); handlemethod("test6withheight:age:", @selector(test6withheight:age:), [per test6withheight:1.7 age:30]); handlemethod("test7withname:", @selector(test7withname:), [per test7withname:@"张三"]); free(methodcaches);
如上所示:
1.实例对象per调test1/2/3等方法时,runtime底层本质是通过msgsend向per对象发送消息;
2.系统会通过per的isa指针找到其类对象,然后优先到该类对象的cache里面去查找,如果能找到则直接调用;如果没有找到则再到struct_rw_t中的methods方法列表中查找;如果还没找到,则通过superclass指针到父类中查找(查找顺序同前所述);如果一级父类没找到,则一直往上级父类查找,直到根父类;如果根父类也没有,则返回空;
四、cache缓存算法
1.方法底层结构
说明:cache内部包含三个变量:buckets(散列表),_mask(散列表的长度-1),_occupied(已经缓存的方法数量);bucket_t包含两个变量:类似于字典的键值对,_key是
方法sel(整型数据),_imp缓存函数的内存地址;
2.算法思路——散列表(空间换时间):
1)用散列表(即数组)来缓存调用的方法,先开辟固定长度的内存(此处设置为3),数组元素则为键值对的结构体;
//创建散列表
void createcaches(mask_t mask) { //创建散列表 struct bucket_t *originalbuckets = (struct bucket_t *)malloc(sizeof(struct bucket_t)*mask); for (int i = 0; i < mask; i++) { originalbuckets[i]._name = ""; originalbuckets[i]._key = 0; originalbuckets[i]._imp = null; originalbuckets[i]._types = "null"; } methodcaches = (struct cache_t *)malloc(sizeof(struct cache_t)); methodcaches->_mask = (mask_t)(mask-1); methodcaches->_occupied = 0; methodcaches->_buckets = originalbuckets; }
2)用_mask与_key进行按位与运算,得到每个元素的下标index——这样得出的index不会大于_mask(原因:可以看位域那篇文章),同时为随机数;
3)每次调方法,会先进行按位与计算得出下标a,然后查找该下标位置处是否缓存了方法:如果有且缓存的方法跟被调方法相同,则直接调用缓存中的方法;如果没有,则下标-1进行遍历查找(为0时,直接回到数组末尾,再-1继续查找),直至回到a处,如果找到了,则直接调,如果没有找到,则将该方法进行缓存;
//查找核心代码
//inline关键字:c++关联函数,表示在调用该函数处,直接替换成函数体内的代码(好处:避免频繁调用该函数导致内存消耗) static inline mask_t cache_next(mask_t i, mask_t mask) { return i ? i-1 : mask; } //查找方法 imp findsel(sel selector) { mask_t begin = _mask & (long long)selector; mask_t i = begin; do {//如果查到直接返回,否则-1往回查找,直到又回到begin位置处 if (_buckets[i]._key == (long long)selector) { return _buckets[i]._imp; } } while ((i = cache_next(i, _mask)) != begin); return null;//没有找到,返回null }
4)如果a处是空,则直接缓存至a处,否则-1查找遍历空余位置(原理同上);
//缓存核心代码
void savesel(char const*method, sel selector, imp methodimp, char const*types) { //散列表是否为空 if (methodcaches->_buckets && methodcaches->_mask+1 > 0) { mask_t begin = methodcaches->_mask & (long long)selector; mask_t i = begin; do { if (methodcaches->_buckets[i]._imp == null) { methodcaches->_buckets[i]._name = method; methodcaches->_buckets[i]._key = (long long)selector; methodcaches->_buckets[i]._imp = methodimp; methodcaches->_buckets[i]._types = types; methodcaches->_occupied++; return ;//保存成功 } } while ((i = cache_next(i, methodcaches->_mask)) != begin); } }
5)如果散列表存满了,则需扩容:数组长度扩大2倍,并且会清空散列表,重新做缓存操作;
void expandcaches() { //清空内存 mask_t lastmask = methodcaches->_mask; free(methodcaches->_buckets); free(methodcaches); mask_t newmaskt = (lastmask+1)*2; createcaches(newmaskt); }
补充:
1)在bucket_t中加入了两个成员变量:_name(方法阅读具体调的是哪个方法),_types(描述方法返回值、形参类型,及所有参数所占字节总数和每个参数的内存起始位置);
2)通过@encode获取数据类型编码,_types具体描述如下:
// "i24@0:8i16f20" // 0id 8sel 16int 20float == 24 /*说明 1.每个方法默认隐式自带两个参数:self自身(id类型),@selector()方法(sel类型); 2.每种类型可通过@encode(类型名称)指令翻译; 3.参数含义: 1>符号: i表示返回值类型; @表示id类型; :表示sel类型; i(第二个)表示age变量类型; f表示height变量类型; 2>数字: 24表示所有类型所占字节数:8(id为指针类型)+8(sel为指针类型)+4(age)+4(height); 0表示self自身是从第零个字节开始——以此类推:8表示selector从第八个字节开始。。。height是从第20个字节开始; */ - (int)test:(int)age height:(float)height;
五、总结
ios系统runtime方法缓存核心思想为:用散列表来缓存,用空间来换时间,通过按位与计算来确定方法下标索引;
注意:如果工程打开碰到以下错误,则按下面操作解决
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