Runtime应用
Runtime简直就是做大型框架的利器。它的应用场景非常多，下面就介绍一些常见的应用场景。
- 关联对象(Objective-C Associated Objects)：给分类增加属性
- 方法魔法(Method Swizzling)：方法添加和替换和KVO实现
- 消息转发(热更新)：解决Bug(JSPatch)
- 实现NSCoding的自动归档和自动解档
- 实现字典和模型的自动转换(MJExtension)
1.关联对象(Objective-C Associated Objects)：给分类增加属性
我们都是知道分类是不能自定义属性和变量的。下面通过关联对象实现给分类添加属性。 关联对象Runtime提供了下面几个接口：
//关联对象 void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) //获取关联的对象 id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key) //移除关联的对象 void objc_removeAssociatedObjects(id object)
参数解释
id object：被关联的对象 const void *key：关联的key，要求唯一 id value：关联的对象 objc_AssociationPolicy policy：内存管理的策略
这里插一下内存管理的策略相关知识，防懵逼 😳
typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) { OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0, /**< Specifies a weak reference to the associated object. */ OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object. * The association is not made atomically. */ OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3, /**< Specifies that the associated object is copied. * The association is not made atomically. */ OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401, /**< Specifies a strong reference to the associated object. * The association is made atomically. */ OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403 /**< Specifies that the associated object is copied. * The association is made atomically. */ };
我们看看内存测量对于的属性修饰
下面实现一个UIView的Category添加自定义属性defaultColor
#import "ViewController.h" #import "objc/runtime.h" @interface UIView (DefaultColor) @property (nonatomic, strong) UIColor *defaultColor; @end @implementation UIView (DefaultColor) @dynamic defaultColor; static char kDefaultColorKey; - (void)setDefaultColor:(UIColor *)defaultColor { objc_setAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey, defaultColor, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC); } - (id)defaultColor { return objc_getAssociatedObject(self, &kDefaultColorKey); } @end @interface ViewController () @end @implementation ViewController - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib. UIView *test = [UIView new]; test.defaultColor = [UIColor blackColor]; NSLog(@"%@", test.defaultColor); } @end
打印结果： 2018-04-01 15:41:44.977732+0800 ocram[2053:63739] UIExtendedGrayColorSpace 0 1
打印结果来看，我们成功在分类上添加了一个属性，实现了它的setter和getter方法。 通过关联对象实现的属性的内存管理也是有ARC管理的，所以我们只需要给定适当的内存策略就行了，不需要操心对象的释放。
2.方法魔法(Method Swizzling)：方法添加和替换和KVO实现
1)方法添加
实际上添加方法刚才在讲消息转发的时候，动态方法解析的时候就提到了。
//class_addMethod(Class _Nullable __unsafe_unretained cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, const char * _Nullable types) class_addMethod([self class], sel, (IMP)fooMethod, "v@:");
- cls 被添加方法的类
- name 添加的方法的名称的SEL
- imp 方法的实现。该函数必须至少要有两个参数，self,_cmd
- 类型编码
2)方法替换
下面实现一个替换ViewController的viewDidLoad方法的例子。
@implementation ViewController + (void)load { static dispatch_once_t onceToken; dispatch_once(&onceToken, ^{ Class class = [self class]; SEL originalSelector = @selector(viewDidLoad); SEL swizzledSelector = @selector(jkviewDidLoad); Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class,originalSelector); Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class,swizzledSelector); //judge the method named swizzledMethod is already existed. BOOL didAddMethod = class_addMethod(class, originalSelector, method_getImplementation(swizzledMethod), method_getTypeEncoding(swizzledMethod)); // if swizzledMethod is already existed. if (didAddMethod) { class_replaceMethod(class, swizzledSelector, method_getImplementation(originalMethod), method_getTypeEncoding(originalMethod)); } else { method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod); } }); } - (void)jkviewDidLoad { NSLog(@"替换的方法"); [self jkviewDidLoad]; } - (void)viewDidLoad { NSLog(@"自带的方法"); [super viewDidLoad]; } @end
swizzling应该只在+load中完成。 在 Objective-C 的运行时中，每个类有两个方法都会自动调用。+load 是在一个类被初始装载时调用，+initialize 是在应用第一次调用该类的类方法或实例方法前调用的。两个方法都是可选的，并且只有在方法被实现的情况下才会被调用。
swizzling应该只在dispatch_once 中完成,由于swizzling 改变了全局的状态，所以我们需要确保每个预防措施在运行时都是可用的。原子操作就是这样一个用于确保代码只会被执行一次的预防措施，就算是在不同的线程中也能确保代码只执行一次。Grand Central Dispatch 的 dispatch_once满足了所需要的需求，并且应该被当做使用swizzling 的初始化单例方法的标准。
实现图解如下图
从图中可以看出，我们通过swizzling特性，将selectorC的方法实现IMPc与selectorN的方法实现IMPn交换了，当我们调用selectorC，也就是给对象发送selectorC消息时，所查找到的对应的方法实现就是IMPn而不是IMPc了。
3)KVO 实现
全称是Key-value observing，翻译成键值观察。提供了一种当其它对象属性被修改的时候能通知当前对象的机制。再MVC大行其道的Cocoa中，KVO机制很适合实现model和controller类之间的通讯。
KVO的实现依赖于 Objective-C 强大的 Runtime，当观察某对象 A 时，KVO 机制动态创建一个对象A当前类的子类，并为这个新的子类重写了被观察属性 keyPath 的 setter 方法。setter 方法随后负责通知观察对象属性的改变状况。
Apple 使用了 isa-swizzling 来实现 KVO 。当观察对象A时，KVO机制动态创建一个新的名为：NSKVONotifying_A的新类，该类继承自对象A的本类，且 KVO 为 NSKVONotifying_A 重写观察属性的 setter 方法，setter 方法会负责在调用原 setter 方法之前和之后，通知所有观察对象属性值的更改情况。
3.1)NSKVONotifying_A 类剖析
NSLog(@"self->isa:%@",self->isa); NSLog(@"self class:%@",[self class]);
在建立KVO监听前，打印结果为：
self->isa:A self class:A
在建立KVO监听之后，打印结果为：
self->isa:NSKVONotifying_A self class:A
在这个过程，被观察对象的 isa 指针从指向原来的 A 类，被KVO 机制修改为指向系统新创建的子类NSKVONotifying_A 类，来实现当前类属性值改变的监听；所以当我们从应用层面上看来，完全没有意识到有新的类出现，这是系统“隐瞒”了对 KVO 的底层实现过程，让我们误以为还是原来的类。但是此时如果我们创建一个新的名为“NSKVONotifying_A”的类，就会发现系统运行到注册 KVO 的那段代码时程序就崩溃，因为系统在注册监听的时候动态创建了名为 NSKVONotifying_A 的中间类，并指向这个中间类了。
3.2)子类setter方法剖析
KVO 的键值观察通知依赖于 NSObject 的两个方法:willChangeValueForKey:和 didChangeValueForKey: ，在存取数值的前后分别调用 2 个方法：
- 被观察属性发生改变之前，willChangeValueForKey:被调用，通知系统该 keyPath 的属性值即将变更
- 当改变发生后， didChangeValueForKey: 被调用，通知系统该keyPath 的属性值已经变更
之后， observeValueForKey:ofObject:change:context:也会被调用。且重写观察属性的setter 方法这种继承方式的注入是在运行时而不是编译时实现的。
KVO 为子类的观察者属性重写调用存取方法的工作原理在代码中相当于：
- (void)setName:(NSString *)newName { [self willChangeValueForKey:@"name"]; //KVO 在调用存取方法之前总调用 [super setValue:newName forKey:@"name"]; //调用父类的存取方法 [self didChangeValueForKey:@"name"]; //KVO 在调用存取方法之后总调用 }
3.消息转发(热更新)：解决Bug(JSPatch)
JSPatch 是一个 iOS 动态更新框架，只需在项目中引入极小的引擎，就可以使用 JavaScript 调用任何 Objective-C 原生接口，获得脚本语言的优势：为项目动态添加模块，或替换项目原生代码动态修复 bug。
关于消息转发，前面已经讲到过了，消息转发分为三级，我们可以在每级实现替换功能，实现消息转发，从而不会造成崩溃。JSPatch不仅能够实现消息转发，还可以实现方法添加、替换能一系列功能。
4.实现NSCoding的自动归档和自动解档
原理描述：用runtime提供的函数遍历Model自身所有属性，并对属性进行encode和decode操作。
核心方法：在Model的基类中重写方法：
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder { if (self = [super init]) { unsigned int outCount; Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount); for (int i = 0; i < outCount; i ++) { Ivar ivar = ivars[i]; NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)]; [self setValue:[aDecoder decodeObjectForKey:key] forKey:key]; } } return self; } - (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder { unsigned int outCount; Ivar * ivars = class_copyIvarList([self class], &outCount); for (int i = 0; i < outCount; i ++) { Ivar ivar = ivars[i]; NSString * key = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)]; [aCoder encodeObject:[self valueForKey:key] forKey:key]; } }
5.实现字典和模型的自动转换(MJExtension)
原理描述：用runtime提供的函数遍历Model自身所有属性，如果属性在json中有对应的值，则将其赋值。
核心方法：在NSObject的分类中添加方法
- (instancetype)initWithDict:(NSDictionary *)dict { if (self = [self init]) { //(1)获取类的属性及属性对应的类型 NSMutableArray * keys = [NSMutableArray array]; NSMutableArray * attributes = [NSMutableArray array]; /* * 例子 * name = value3 attribute = T@"NSString",C,N,V_value3 * name = value4 attribute = T^i,N,V_value4 */ unsigned int outCount; objc_property_t * properties = class_copyPropertyList([self class], &outCount); for (int i = 0; i < outCount; i ++) { objc_property_t property = properties[i]; //通过property_getName函数获得属性的名字 NSString * propertyName = [NSString stringWithCString:property_getName(property) encoding:NSUTF8StringEncoding]; [keys addObject:propertyName]; //通过property_getAttributes函数可以获得属性的名字和@encode编码 NSString * propertyAttribute = [NSString stringWithCString:property_getAttributes(property) encoding:NSUTF8StringEncoding]; [attributes addObject:propertyAttribute]; } //立即释放properties指向的内存 free(properties); //(2)根据类型给属性赋值 for (NSString * key in keys) { if ([dict valueForKey:key] == nil) continue; [self setValue:[dict valueForKey:key] forKey:key]; } } return self; }
以上就是 Runtime 的底层原理，Runtime 也可以说是很多 iOS 特性的动效支撑。
