從接觸iOS就知道runtime，開始的時候一知半解，隨著自己知識的深入，漸漸發現每次看runtime的源碼都有新的認識和更深的理解，這里就對自己的認知做一個總結。

1、什么是runtime

Objective-C是一門擴充C的面向對象的編程語言，它是C語言的超集。是一門動態語言，它把一些工作從編譯期推遲到了運行時。這就需要一個運行時系統來動態創建類和對象、進行消息的傳遞和轉發。蘋果的runtime代碼是開源的在這里這個代碼不能直接運行要配置好多東西。你可以下載這個可以直接運行使用.

2、runtime的消息發送/轉發機制

Objective-C中的方法調用其實就是向對象發送消息

 [object message]

這句話的含義就是向object 發送一條名為message的消息，而在runtime里面是這樣的。使用 clang -rewrite-objc main.m你會得到下面這個方法

((void (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)object, sel_registerName("message"));

去掉那些不必要的，得到下面這樣一個方法（下面的（1）），查看rumtime的源碼你會看到sel_registerName是這樣的一個方法（下面的（2））這個方法的返回值是個SEL類型，它是selector在Objc中的表示類型，selector是一個方法選擇器，實際上也就是一個方法名，runtime通過名字來找到對應的方法進行調用

（1）objc_msgSend(object, sel_registerName("message")
（2）SEL sel_registerName(const char *name)

接下來會進行消息的發送，查找這個類的IMP
（1）通過object的isa找到它的class
（2）從本類的cache（這個是Class里面的方法列表的緩存，后面會講）中找
（3）cache中找不到就會在本類的方法列表（method_list_t）里面找，
（4）如果還沒有就往父級尋找，一直找到NSObject為止
（5）如果還沒找到就進入動態方法解析和轉發
（6）如果還沒有，最后拋出異常

動態方法解析

首先，runtime會調用+resolveInstanceMethod: 或者 +resolveClassMethod:讓你可以動態的提供一個函數的實現，在這里如果你提供了實現，返回YES那么runtime就會重新進行一次消息的發送過程。

- (void)resolveMessage{
    NSLog(@"message");
}
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel{
    if (sel == @selector(message)) {
        IMP resolveIMP = class_getMethodImplementation([self class], @selector(resolveMessage));
        class_addMethod([self class], sel, resolveIMP, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

上面的例子利用runtime為message添加了resolveMessage方法。當然你也可以根據需要進行傳參。其中的最后一個參數"v@:"，請參考這里，至于resolveClassMethod同理。如果沒有實現return NO 就會進入下一步的消息轉發

重定向

如果該對象實現了- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector方法，runtime會調用此方法給你一次把該消息轉發給其他對象的機會，只要這個對象內部實現了message方法，就會調用它的message方法

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector{
    if(aSelector == @selector(message)){
        return otherObj;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

只要這個方法返回的不是nil和self，整個消息發送過程就會重新發送，消息的發送對象就會是otherObj。否則會進入下一步的消息轉發

消息轉發

在這里runtime給了最后一次挽救的機會，首先會發送-methodSignatureForSelector:，如果這個函數返回nil，runtime就會發出-doesNotRecognizeSelector:消息，這個時候程序就會crash掉報錯信息為

unrecognized selector sent to instance 0x60000000dbe0

如果返回了一個NSMethodSignature，runtime就會創建一個NSInvocation對象并發送消息-forwardInvocation:

- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector{
    return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v@:"];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation{    
    if ([otherObj respondsToSelector:anInvocation.selector]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:otherObj];
    }else{
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}

這里要注意一點，如果你不重寫-methodSignatureForSelector:方法，或者此方法中直接return [super methodSignatureForSelector:aSelector]這個時候-forwardInvocation:方法是不會調用到的。這里其實是由于，runtime會在-forwardInvocation:之前調用-methodSignatureForSelector:方法獲取NSMethodSignature 對象，用于生成NSInvocation。

3、Runtime中主要的數據結構

Class

Class在runtime中的定義是一個objc_class結構體，繼承于objc_object，在objc_object之中只有一個isa指針，每個對象都有isa指針，指向對象的類。

struct objc_class {
    Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
//省略!__OBJC2__中的其它代碼
} OBJC2_UNAVAILABLE;

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA;
    Class superclass;
    cache_t cache;             // formerly cache pointer and vtable
    class_data_bits_t bits;    // class_rw_t * plus custom rr/alloc flags
    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }

那么我們通過源碼的定義，不難看出在Object-C中，Class本身也是一個對象，它也有自己的isa指針，那么這個指針是指向哪里的呢？實際上每個Class都有自己的meta-class（元類），Class的isa指針都指向自己的meta-class 。問題又來了，那meta-class的isa指針怎么辦呢。在runtime里面還有個root meta-class根元類，meta-class的isa指針指向root meta-class，root meta-class的isa指向自身，這樣就形成了一個完整的閉環。

Class

struct class_rw_t {
    // Be warned that Symbolication knows the layout of this structure.
    uint32_t flags;
    uint32_t version;
    const class_ro_t *ro;
    method_array_t methods;//方法列表
    property_array_t properties;//屬性列表
    protocol_array_t protocols;//協議列表

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;
    char *demangledName;
};

class_ro_t
那我們再來看一下class_ro_t里面都有啥呢

struct class_ro_t {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceStart;
    uint32_t instanceSize;
#ifdef __LP64__
    uint32_t reserved;
#endif

    const uint8_t * ivarLayout;
    
    const char * name;
    method_list_t * baseMethodList;//主類方法列表
    protocol_list_t * baseProtocols;//主類里面的協議
    const ivar_list_t * ivars;//實例變量

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;

    method_list_t *baseMethods() const {
        return baseMethodList;
    }
};

baseMethodList 放的是方法列表，不過前綴是base，這個跟clss_ro_t里面的就有區別了，這個指的是，主類里面的方法列表。同理下面的baseProtocols里面放的是主類里面放的協議。（主類其實就是，比如你創建個class，這個class里面的方法，類擴展里的方法就不再這個方法列表里面）Category我們后面詳細講。再接著往下看，又一個const修飾的，ivars，這個里面放的就是實例變量。看到這你應該明白了，為什么Category里面不能添加實例變量了吧。
Category
下面我們來看一下Category

struct category_t {
    const char *name;
    classref_t cls;
    struct method_list_t *instanceMethods;//實例方法列表
    struct method_list_t *classMethods;//類方法列表
    struct protocol_list_t *protocols;//協議列表
    struct property_list_t *instanceProperties;//屬性劣列表
    // Fields below this point are not always present on disk.
    struct property_list_t *_classProperties;//類屬性列表

    method_list_t *methodsForMeta(bool isMeta) {
        if (isMeta) return classMethods;
        else return instanceMethods;
    }
    property_list_t *propertiesForMeta(bool isMeta, struct header_info *hi);
};

這里提一下類屬性，象下面這樣，用的時候直接用Class.name

@property (nonatomic,   copy, class) NSString *name;

Category中的屬性，方法等是在運行時的時候才動態加載的，而Category被附加到類上面是在map_images的時候發生的。關于Category的詳解可以看這里，美團的博客寫的很詳細。

4、總結與應用

在我們日常的開發中可能用到的也不多，另外runtime也不能濫用，這樣很容易導致一些莫名其妙的問題，而且你會很難定位原因。
JSpatch中的使用
我們都知道JSpatch是用來熱修復的，通過使用 JavaScript 調用任何 Objective-C 原生接口，獲得腳本語言的優勢：為項目動態添加模塊，或替換項目原生代碼動態修復 bug
JSpatch中主要用到以下三點：
1、在Object-C 上所有方法的調用/類的生成都通過 Objective-C Runtime 在運行時進行，我們可以通過類名/方法名反射得到相應的類和方法；
2、利用Runtime動態替換某個類的方法，主要用到class_replaceMethod方法
3、利用Runtime新增一個類，為類添加方法主要用到objc_registerClassPair(cls)和class_addMethod()方法