iOS：关于WWDC2020-Objective-C运行时的改进

在 WWDC2020 中 Objective-C 运行时的改进这个视频提到关于类的的数据结构的一些变化，本文是对这个视频提到的部分变化进行翻译。

如果想了解更详细的内容，请移步去官网看这个视频：

developer.apple.com/wwdc20/1016…。

视频中介绍了三个变化：

• 首先是数据结构的变化， Objective-C 运行时会使用它们来追踪类。
• 其次是 Objective-C 方法列表的变化。
• 最后是 tagged pointer 格式的变化。

一、数据结构的变化

类对象本身包含了最常被访问的信息：指向元类、超类和方法缓存的指针，它还有一个指向更多数据的指针，存储额外信息的地方叫做 class_ro_t。

“ro”代表只读，它包括像类名词，方法，协议，和实例变量的信息。Swift 类和 Objective-C 类共享这一数据结构，所以每个 Swift 类也有这些数据结构。

当类第一次从磁盘中加载到内存中时，它们一开始也是这样的，但一经使用，它们就会发生变化。

了解这些变化之前，先了解一下 clean memory 和 dirty memory 的区别。

* clean memory：指加载后不会发生更改的内存。class_ro_t 就属于 clean memory，因为它是只读的。

* dirty memory：指在进程运行时会发生更改的内存。类结构一经使用就会变成 dirty memory，因为运行时会向它写入新的数据。例如，创建一个新的方法缓存并从类中指向它。

dirty memory 比 clean memory 要昂贵得多，只要进程在运行，它就必须一直存在 。另一方面 clean memory 可以进行移除，从而节省更多的内存空间，当需要使用 clean memory 的时候系统可以从磁盘中重新加载。

macOS 可以选择唤出 dirty memory，但因为 iOS 不使用 swap，所以 dirty memory 在iOS中的代价很大。

虽然这些数据足以让我们开始，但运行时需要追踪每个类的更多信息，所以当一个类首次被使用，运行时会为它分配额外的存储容量。

这个运行时分配的存储容量是 class_rw_t 用于读取-编写数据，在这个数据结构中，我们存储了只有在运行时才会生成的新信息，First Subclass，Next Sibling Class。

例如，所有的类都会链接成一个树状结构，这是通过使用 First Subclass，Next Sibling Class 指针实现的，这允许运行时遍历当前使用的所有类，这对于使方法缓存无效非常有用。

但为什么方法和属性也在只读数据中时，这里还要有方法和属性呢？

因为它们可以在运行时进行更改，当 category 被加载时，它可以向类中添加新的方法，而且程序员可以使用运行时 API 动态的添加它们，而 class_ro_t 是只读的，所以我们需要在 class_rw_t 中追踪这些东西。

只有 Swift 类会使用 demangled name 字段，并且 Swift 类并不需要这一字段，除非有东西访问它们的 Objective-C 名称时才需要。

所以我们可以拆掉那些平时不用的部分-class_rw_ext_t，这将 class_rw_t 的大小减少了一半。

对于那些确实需要额外信息的类，我们可以分配这些扩展记录中的一个，并把它滑到类中供其使用。

二、Objective-C方法列表的变化

每一个类都附带一个方法列表，当你在类上编写新方法时，它就会被添加到列表中。运行时使用这些列表来解析消息发送。

每个方法都包含三个信息。

• 首先是方法的名称，或者说选择器，选择器时字符串，但它们具有唯一性，所以它们可以使用指针相等来进行比较。
• 接下来是方法的类型编码 这是一个表示参数和返回类型的字符串 它不是用来发送消息的 但它是运行时 introspection 和消息 forwarding 所必需的东西。
• 最后，还有一个指向方法实现的指针，方法的实际代码，当你编写一个方法时，它会编译成一个 c 函数，其中包含你的实施，然后方法列表中的 entry 会指向该函数。

三、tagged pointer

什么是 tagged pointer 呢？0x00000001003041e0 的二进制表示如图所示：

我们把它分解成二进制表示法 我们有 64 位 然而 我们并没有真正地使用到所有这些位。

• 我们只在一个真正的对象指针中 使用了中间的这些位。
• 由于对齐要求的存在 低位始终为 0 对象必须总是位于 指针大小倍数的一个地址中。
• 由于地址空间有限 所以高位始终为 0 我们实际上不会用到 2^64。

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 0011 0000 0100 0001 0001(0000 变成 0001)

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• 这些高位和低位总是 0 所以 让我们从这些始终为 0 的位中 选择一个位并把它设置为 1，这可以让我们立即知道 这不是一个真正的对象指针 然后我们可以给其他所有位 赋予一些其他的意义 我们称这种指针为 tagged pointer。

例如 我们可以在其他位中塞入一个数值 只要我们想教 NSNumber 如何读取这些位 并让运行时适当地处理 tagged pointer 系统的其他部分就可以 把这些东西当做对象指针来处理 并且永远不会知道其中的区别。

这样可以节省我们为每一种类似情况，分配一个小数字对象的代价，这是一个重大的改进。

来源：稀土掘金

作者：Coder_张三

链接：https://juejin.cn/post/7040747023481438222