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runtime相關問題

• 面試題出自掘金的一篇文章《阿里、字節：一套高效的iOS面試題》
• 該面試題解答github 地址版本目前已經完結，可自行下載pdf進行閱讀，僅做參考，對于有問題的解答可提 issue，歡迎 star fork。
• 調試好可運行的源碼 objc-runtime，官網找 objc4；
• 歡迎轉載，轉載請注明出處：pmst-swiftgg

結構模型

1. 介紹下runtime的內存模型（isa、對象、類、metaclass、結構體的存儲信息等）

2. 為什么要設計metaclass

3. class_copyIvarList & class_copyPropertyList區別

class_copyIvarList 獲取類對象中的所有實例變量信息，從 class_ro_t 中獲取：

Ivar *
class_copyIvarList(Class cls, unsigned int *outCount)
{
    const ivar_list_t *ivars;
    Ivar *result = nil;
    unsigned int count = 0;

    if (!cls) {
        if (outCount) *outCount = 0;
        return nil;
    }

    mutex_locker_t lock(runtimeLock);

    assert(cls->isRealized());
    
    if ((ivars = cls->data()->ro->ivars)  &&  ivars->count) {
        result = (Ivar *)malloc((ivars->count+1) * sizeof(Ivar));
        
        for (auto& ivar : *ivars) {
            if (!ivar.offset) continue;  // anonymous bitfield
            result[count++] = &ivar;
        }
        result[count] = nil;
    }
    
    if (outCount) *outCount = count;
    return result;
}

class_copyPropertyList 獲取類對象中的屬性信息， class_rw_t 的 properties，先后輸出了 category / extension/ baseClass 的屬性，而且僅輸出當前的類的屬性信息，而不會向上去找 superClass 中定義的屬性。

objc_property_t *
class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
{
    if (!cls) {
        if (outCount) *outCount = 0;
        return nil;
    }

    mutex_locker_t lock(runtimeLock);

    checkIsKnownClass(cls);
    assert(cls->isRealized());
    
    auto rw = cls->data();

    property_t **result = nil;
    unsigned int count = rw->properties.count();
    if (count > 0) {
        result = (property_t **)malloc((count + 1) * sizeof(property_t *));

        count = 0;
        for (auto& prop : rw->properties) {
            result[count++] = ∝
        }
        result[count] = nil;
    }

    if (outCount) *outCount = count;
    return (objc_property_t *)result;
}

Q1: class_ro_t 中的 baseProperties 呢？

Q2: class_rw_t 中的 properties 包含了所有屬性，那何時注入進去的呢？ 答案見 5.

4. class_rw_t 和 class_ro_t 的區別

class_rw_t_class_ro_t.png

測試發現，class_rw_t 中的 properties 屬性按順序包含分類/擴展/基類中的屬性。

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;
    protocol_list_t * baseProtocols;
    const ivar_list_t * ivars;

    const uint8_t * weakIvarLayout;
    property_list_t *baseProperties;

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

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;
    property_array_t properties;
    protocol_array_t protocols;

    Class firstSubclass;
    Class nextSiblingClass;

    char *demangledName;

#if SUPPORT_INDEXED_ISA
    uint32_t index;
#endif
}

5. category如何被加載的,兩個category的load方法的加載順序，兩個category的同名方法的加載順序

... -> realizeClass -> methodizeClass(用于Attach categories)-> attachCategories 關鍵就是在 methodizeClass 方法實現中

static void methodizeClass(Class cls)
{
    runtimeLock.assertLocked();

    bool isMeta = cls->isMetaClass();
    auto rw = cls->data();
    auto ro = rw->ro;
    
    // =======================================
        // 省略.....
    // =======================================
  
    property_list_t *proplist = ro->baseProperties;
    if (proplist) {
        rw->properties.attachLists(&proplist, 1);
    }

    // =======================================
        // 省略.....
    // =======================================

    // Attach categories.
    category_list *cats = unattachedCategoriesForClass(cls, true /*realizing*/);
    attachCategories(cls, cats, false /*don't flush caches*/);

    // =======================================
        // 省略.....
    // =======================================
    
    if (cats) free(cats);

}

上面代碼能確定 baseProperties 在前，category 在后，但決定順序的是 rw->properties.attachLists 這個方法：

property_list_t *proplist = ro->baseProperties;
if (proplist) {
  rw->properties.attachLists(&proplist, 1);
}

/// category 被附加進去
void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
        if (addedCount == 0) return;

        if (hasArray()) {
            // many lists -> many lists
            uint32_t oldCount = array()->count;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            
            // 將舊內容移動偏移量 addedCount 然后將 addedLists copy 到起始位置
            /*
                struct array_t {
                        uint32_t count;
                        List* lists[0];
                        };
            */
            memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                    oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
        else if (!list  &&  addedCount == 1) {
            // 0 lists -> 1 list
            list = addedLists[0];
        } 
        else {
            // 1 list -> many lists
            List* oldList = list;
            uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
    }

所以 category 的屬性總是在前面的，baseClass的屬性被往后偏移了。

Q1：那么多個 category 的順序呢？答案見6

2020/03/18 補充下應用程序 image 鏡像加載到內存中時， Category 解析的過程，注意下面的 while(i--) 這里倒敘將 category 中的協議 方法 屬性添加到了 rw = cls->data() 中的 methods/properties/protocols 中。

static void 
attachCategories(Class cls, category_list *cats, bool flush_caches)
{
    if (!cats) return;
    if (PrintReplacedMethods) printReplacements(cls, cats);

    bool isMeta = cls->isMetaClass();

    // fixme rearrange to remove these intermediate allocations
    method_list_t **mlists = (method_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*mlists));
    property_list_t **proplists = (property_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*proplists));
    protocol_list_t **protolists = (protocol_list_t **)
        malloc(cats->count * sizeof(*protolists));

    // Count backwards through cats to get newest categories first
    int mcount = 0;
    int propcount = 0;
    int protocount = 0;
    int i = cats->count;
    bool fromBundle = NO;
    while (i--) {
        auto& entry = cats->list[i];

        method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
        if (mlist) {
            mlists[mcount++] = mlist;
            fromBundle |= entry.hi->isBundle();
        }

        property_list_t *proplist = 
            entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
        if (proplist) {
            proplists[propcount++] = proplist;
        }

        protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocols;
        if (protolist) {
            protolists[protocount++] = protolist;
        }
    }
    auto rw = cls->data();
        
    // 注意下面的代碼，上面采用倒敘遍歷方式，所以后編譯的 category 會先add到數組的前部
    prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle);
    rw->methods.attachLists(mlists, mcount);
    free(mlists);
    if (flush_caches  &&  mcount > 0) flushCaches(cls);

    rw->properties.attachLists(proplists, propcount);
    free(proplists);

    rw->protocols.attachLists(protolists, protocount);
    free(protolists);
}

6. category & extension區別，能給NSObject添加Extension嗎，結果如何

category:

• 運行時添加分類屬性/協議/方法
• 分類添加的方法會“覆蓋”原類方法，因為方法查找的話是從頭至尾，一旦查找到了就停止了
• 同名分類方法誰生效取決于編譯順序，image 讀取的信息是倒敘的，所以編譯越靠后的越先讀入
• 名字相同的分類會引起編譯報錯；

extension:

• 編譯時決議
• 只以聲明的形式存在，多數情況下就存在于 .m 文件中；
• 不能為系統類添加擴展

7. 消息轉發機制，消息轉發機制和其他語言的消息機制優劣對比

8. 在方法調用的時候，方法查詢-> 動態解析-> 消息轉發 之前做了什么

9. IMP、SEL、Method的區別和使用場景

三者的定義：

typedef struct method_t *Method;

using MethodListIMP = IMP;

struct method_t {
    SEL name;
    const char *types;
    MethodListIMP imp;
};

Method 同樣是個對象，封裝了方法名和實現，關于 Type Encodings。

-(void)hello:(NSString *)name encode 下就是 v@:@。

10. load、initialize方法的區別什么？在繼承關系中他們有什么區別

load 方法調用時機，而且只調用當前類本身，不會調用superClass 的 +load 方法：

void
load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)
{
    // Return without taking locks if there are no +load methods here.
    if (!hasLoadMethods((const headerType *)mh)) return;

    recursive_mutex_locker_t lock(loadMethodLock);

    // Discover load methods
    {
        mutex_locker_t lock2(runtimeLock);
        prepare_load_methods((const headerType *)mh);
    }

    // Call +load methods (without runtimeLock - re-entrant)
    call_load_methods();
}

void call_load_methods(void)
{
    static bool loading = NO;
    bool more_categories;

    loadMethodLock.assertLocked();

    // Re-entrant calls do nothing; the outermost call will finish the job.
    if (loading) return;
    loading = YES;

    void *pool = objc_autoreleasePoolPush();

    do {
        // 1. Repeatedly call class +loads until there aren't any more
        while (loadable_classes_used > 0) {
            call_class_loads();
        }

        // 2. Call category +loads ONCE
        more_categories = call_category_loads();

        // 3. Run more +loads if there are classes OR more untried categories
    } while (loadable_classes_used > 0  ||  more_categories);

    objc_autoreleasePoolPop(pool);

    loading = NO;
}

+initialize 實現

void _class_initialize(Class cls)
{
    assert(!cls->isMetaClass());

    Class supercls;
    bool reallyInitialize = NO;

    // Make sure super is done initializing BEFORE beginning to initialize cls.
    // See note about deadlock above.
    supercls = cls->superclass;
    if (supercls  &&  !supercls->isInitialized()) {
        _class_initialize(supercls);
    }
    
    // Try to atomically set CLS_INITIALIZING.
    {
        monitor_locker_t lock(classInitLock);
        if (!cls->isInitialized() && !cls->isInitializing()) {
            cls->setInitializing();
            reallyInitialize = YES;
        }
    }
    
    if (reallyInitialize) {
        // We successfully set the CLS_INITIALIZING bit. Initialize the class.
        
        // Record that we're initializing this class so we can message it.
        _setThisThreadIsInitializingClass(cls);

        if (MultithreadedForkChild) {
            // LOL JK we don't really call +initialize methods after fork().
            performForkChildInitialize(cls, supercls);
            return;
        }
        
        // Send the +initialize message.
        // Note that +initialize is sent to the superclass (again) if 
        // this class doesn't implement +initialize. 2157218
        if (PrintInitializing) {
            _objc_inform("INITIALIZE: thread %p: calling +[%s initialize]",
                         pthread_self(), cls->nameForLogging());
        }

        // Exceptions: A +initialize call that throws an exception 
        // is deemed to be a complete and successful +initialize.
        //
        // Only __OBJC2__ adds these handlers. !__OBJC2__ has a
        // bootstrapping problem of this versus CF's call to
        // objc_exception_set_functions().
#if __OBJC2__
        @try
#endif
        {
            callInitialize(cls);

            if (PrintInitializing) {
                _objc_inform("INITIALIZE: thread %p: finished +[%s initialize]",
                             pthread_self(), cls->nameForLogging());
            }
        }
#if __OBJC2__
        @catch (...) {
            if (PrintInitializing) {
                _objc_inform("INITIALIZE: thread %p: +[%s initialize] "
                             "threw an exception",
                             pthread_self(), cls->nameForLogging());
            }
            @throw;
        }
        @finally
#endif
        {
            // Done initializing.
            lockAndFinishInitializing(cls, supercls);
        }
        return;
    }
    
    else if (cls->isInitializing()) {
        // We couldn't set INITIALIZING because INITIALIZING was already set.
        // If this thread set it earlier, continue normally.
        // If some other thread set it, block until initialize is done.
        // It's ok if INITIALIZING changes to INITIALIZED while we're here, 
        //   because we safely check for INITIALIZED inside the lock 
        //   before blocking.
        if (_thisThreadIsInitializingClass(cls)) {
            return;
        } else if (!MultithreadedForkChild) {
            waitForInitializeToComplete(cls);
            return;
        } else {
            // We're on the child side of fork(), facing a class that
            // was initializing by some other thread when fork() was called.
            _setThisThreadIsInitializingClass(cls);
            performForkChildInitialize(cls, supercls);
        }
    }
    
    else if (cls->isInitialized()) {
        // Set CLS_INITIALIZING failed because someone else already 
        //   initialized the class. Continue normally.
        // NOTE this check must come AFTER the ISINITIALIZING case.
        // Otherwise: Another thread is initializing this class. ISINITIALIZED 
        //   is false. Skip this clause. Then the other thread finishes 
        //   initialization and sets INITIALIZING=no and INITIALIZED=yes. 
        //   Skip the ISINITIALIZING clause. Die horribly.
        return;
    }
    
    else {
        // We shouldn't be here. 
        _objc_fatal("thread-safe class init in objc runtime is buggy!");
    }
}

void callInitialize(Class cls)
{
    ((void(*)(Class, SEL))objc_msgSend)(cls, SEL_initialize);
    asm("");
}

注意看上面的調用了 callInitialize(cls) 然后又調用了 lockAndFinishInitializing(cls, supercls)。

摘自iOS App冷啟動治理 一文中對 Dyld 在各階段所做的事情：

最后 dyld 會調用 main() 函數，main() 會調用 UIApplicationMain()，before main()的過程也就此完成。

11. 說說消息轉發機制的優劣

內存管理

1.weak的實現原理？SideTable的結構是什么樣的

解答參考自瓜神的 weak 弱引用的實現方式 。

NSObject *p = [[NSObject alloc] init];
__weak NSObject *p1 = p;
// ====> 底層是runtime的 objc_initWeak
// xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc -fobjc-arc -fobjc-runtime=ios-13.2 main.m 得不到下面的代碼，還是說命令參數不對。
NSObject objc_initWeak(&p, 對象指針);

通過 runtime 源碼可以看到 objc_initWeak 實現：

id
objc_initWeakOrNil(id *location, id newObj)
{
    if (!newObj) {
        *location = nil;
        return nil;
    }

    return storeWeak<DontHaveOld, DoHaveNew, DontCrashIfDeallocating>
        (location, (objc_object*)newObj);
}

SideTable 結構體在 runtime 底層用于引用計數和弱引用關聯表，其數據結構是這樣：

struct SideTable {
    // 自旋鎖
    spinlock_t slock;
    // 引用計數
    RefcountMap refcnts;
    // weak 引用
    weak_table_t weak_table;
}

struct weak_table_t {
    // 保存了所有指向指定對象的 weak 指針
    weak_entry_t *weak_entries;
    // 存儲空間
    size_t    num_entries;
    // 參與判斷引用計數輔助量
    uintptr_t mask;
    // hash key 最大偏移值
    uintptr_t max_hash_displacement;
};

根據對象的地址在緩存中取出對應的 SideTable 實例：

static SideTable *tableForPointer(const void *p)

或者如上面源碼中 &SideTables()[newObj] 方式取表，這里的 newObj 是實例對象用其指針作為 key 拿到 從全局的 SideTables 中拿到實例自身對應的那張 SideTable。

static StripedMap<SideTable>& SideTables() {
    return *reinterpret_cast<StripedMap<SideTable>*>(SideTableBuf);
}

取出實例方法的實現中，使用了 C++ 標準轉換運算符 reinterpret_cast ，其表達方式為：

reinterpret_cast <new_type> (expression)

每一個 weak 關鍵字修飾的對象都是用 weak_entry_t 結構體來表示，所以在實例中聲明定義的 weak 對象都會被封裝成 weak_entry_t 加入到該 SideTable 中 weak_table 中

typedef objc_object ** weak_referrer_t;

struct weak_entry_t {
    DisguisedPtr<objc_object> referent;
    union {
        struct {
            weak_referrer_t *referrers;
            uintptr_t        out_of_line : 1;
            uintptr_t        num_refs : PTR_MINUS_1;
            uintptr_t        mask;
            uintptr_t        max_hash_displacement;
        };
        struct {
            // out_of_line=0 is LSB of one of these (don't care which)
            weak_referrer_t  inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];
        };
 }

舊對象解除注冊操作 weak_unregister_no_lock 和 新對象添加注冊操作 weak_register_no_lock ，具體實現可前往 runtime 源碼中查看或查看瓜的博文。

weak_store_pic.png

weak 關鍵字修飾的對象有兩種情況：棧上和堆上。上圖主要解釋 id referent_id 和 id *referrer_id，

• 如果是棧上， referrer 值為 0x77889900，referent 值為 0x11223344
• 如果是堆上 ， referrer 值為 0x1100000+ offset（也就是 weak a 所在堆上的地址），referent 值為 0x11223344。

如此現在類 A 的實例對象有兩個 weak 變量指向它，一個在堆上，一個在棧上。

void
weak_unregister_no_lock(weak_table_t *weak_table, id referent_id, 
                        id *referrer_id)
{
    objc_object *referent = (objc_object *)referent_id;   //  0x11223344
    objc_object **referrer = (objc_object **)referrer_id; //  0x77889900

    weak_entry_t *entry;

    if (!referent) return;
        
    // 從 weak_table 中找到 referent 也就是上面類A的實例對象
    if ((entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent))) {
        // 在 entry 結構體中的 referrers 數組中找到指針 referrer 所在位置
        // 將原本存儲 referrer 值的位置置為 nil，相當于做了一個解綁操作
        // 因為 referrer 要和其他對象建立關系了
        remove_referrer(entry, referrer);
        bool empty = true;
        if (entry->out_of_line()  &&  entry->num_refs != 0) {
            empty = false;
        }
        else {
            for (size_t i = 0; i < WEAK_INLINE_COUNT; i++) {
                if (entry->inline_referrers[i]) {
                    empty = false; 
                    break;
                }
            }
        }

        if (empty) {
            weak_entry_remove(weak_table, entry);
        }
    }

    // Do not set *referrer = nil. objc_storeWeak() requires that the 
    // value not change.
}

weak 關鍵字修飾的屬性或者變量為什么在對應類實例dealloc后會置為nil，那是因為在類實例釋放的時候，dealloc 會從全局的引用計數和weak計數表sideTables中，通過實例地址去找到屬于自己的那張表，表中的 weak_table->weak_entries 存儲了所有 entry 對象——其實就是所有指向這個實例對象的變量，weak_entry_t 中的 referrers 數組存儲的就是變量或屬性的內存地址，逐一置為nil即可。

關聯對象基本使用方法：

#import <objc/runtime.h>

static NSString * const kKeyOfImageProperty;

@implementation UIView (Image)

- (UIImage *)pt_image {
    return objc_getAssociatedObject(self, &kKeyOfImageProperty);
}

- (void)setPTImage:(UIImage *)image {
    objc_setAssociatedObject(self, &kKeyOfImageProperty, image,OBJC_ASSOCIATION_RETAIN);
}
@end

objc_AssociationPolicy 關聯對象持有策略有如下幾種 ：

摘自瓜地：OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN類型的關聯對象和weak有一定差別，而更加接近于unsafe_unretained，即當目標對象遭到摧毀時，屬性值不會自動清空。（翻譯自Associated Objects）

同樣是Associated Objects文中，總結了三個關于Associated Objects用法：

• 為Class添加私有成員：例如在AFNetworking中，在UIImageView里添加了imageRequestOperation對象，從而保證了異步加載圖片。
• 為Class添加共有成員：例如在FDTemplateLayoutCell中，使用Associated Objects來緩存每個cell的高度（代碼片段1、代碼片段2）。通過分配不同的key，在復用cell的時候即時取出，增加效率。
• 創建KVO對象：建議使用category來創建關聯對象作為觀察者?？梢詤⒖?a target="_blank">Objective-C Associated Objects這篇文的例子。

源碼實現非常簡單，我添加了完整注釋，對c++語法也做了一定解釋：

id _object_get_associative_reference(id object, void *key) {
    id value = nil;
    uintptr_t policy = OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN;
    {
        AssociationsManager manager;
        // manager.associations() 返回的是一個 `AssociationsHashMap` 對象(*_map)
        // 所以這里 `&associations` 中用了 `&`
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        // intptr_t 是為了兼容平臺，在64位的機器上，intptr_t和uintptr_t分別是long int、unsigned long int的別名；在32位的機器上，intptr_t和uintptr_t分別是int、unsigned int的別名
        // DISGUISE 內部對指針做了 ~ 取反操作，“偽裝”？
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        /*
         AssociationsHashMap 繼承自 unordered_map，存儲 key-value 的組合
         iterator find ( const key_type& key )，如果 key 存在，則返回key對象的迭代器，
         如果key不存在，則find返回 unordered_map::end；因此可以通過 `map.find(key) == map.end()`
         判斷 key 是否存在于當前 map 中。
         */
        AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
        if (i != associations.end()) {
            /*
                unordered_map 的鍵值分別是迭代器的first和second屬性。
                所以說上面先通過 object 對象(實例對象or類對象) 找到其所有關聯對象
                i->second 取到又是一個 ObjectAssociationMap
                此刻再通過我們自己設定的 key 來查找對應的關聯屬性值，不過使用
                `ObjcAssociation` 封裝的
             */
            ObjectAssociationMap *refs = i->second;
            ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
            if (j != refs->end()) {
                ObjcAssociation &entry = j->second;
                value = entry.value();
                policy = entry.policy();
                // 如果策略是 getter retain ，注意這里留個坑
                // 平常 OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401
                // OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN = (1 << 8)
                if (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN) {
                    // TODO: 有學問
                    objc_retain(value);
                }
            }
        }
    }
    if (value && (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_AUTORELEASE)) {
        objc_autorelease(value);
    }
    return value;
}

對應的set操作實現同樣簡單，耐心看下源碼注釋，即使不同c++都沒問題：

void _object_set_associative_reference(id object, void *key, id value, uintptr_t policy) {
    // retain the new value (if any) outside the lock.
    ObjcAssociation old_association(0, nil);
    // 如果value對象存在，則進行retain or copy 操作
    id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil;
    {
        AssociationsManager manager;
        // manager.associations() 返回的是一個 `AssociationsHashMap` 對象(*_map)
        // 所以這里 `&associations` 中用了 `&`
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        // intptr_t 是為了兼容平臺，在64位的機器上，intptr_t和uintptr_t分別是long int、unsigned long int的別名；在32位的機器上，intptr_t和uintptr_t分別是int、unsigned int的別名
        // DISGUISE 內部對指針做了 ~ 取反操作，“偽裝”
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        if (new_value) {
            // break any existing association.
            /*
             AssociationsHashMap 繼承自 unordered_map，存儲 key-value 的組合
             iterator find ( const key_type& key )，如果 key 存在，則返回key對象的迭代器，
             如果key不存在，則find返回 unordered_map::end；因此可以通過 `map.find(key) == map.end()`
             判斷 key 是否存在于當前 map 中。
             */
            AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
            // 這里和get操作不同，set操作時如果查詢到對象沒有關聯對象，那么這一次設值是第一次，
            // 所以會創建一個新的 ObjectAssociationMap 用來存儲實例對象的所有關聯屬性
            if (i != associations.end()) {
                // secondary table exists
                /*
                    unordered_map 的鍵值分別是迭代器的first和second屬性。
                    所以說上面先通過 object 對象(實例對象or類對象) 找到其所有關聯對象
                    i->second 取到又是一個 ObjectAssociationMap
                    此刻再通過我們自己設定的 key 來查找對應的關聯屬性值，不過使用
                    `ObjcAssociation` 封裝的
                 */
                ObjectAssociationMap *refs = i->second;
                ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
                // 關聯屬性用 ObjcAssociation 結構體封裝
                if (j != refs->end()) {
                    old_association = j->second;
                    j->second = ObjcAssociation(policy, new_value);
                } else {
                    (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
                }
            } else {
                // create the new association (first time).
                ObjectAssociationMap *refs = new ObjectAssociationMap;
                associations[disguised_object] = refs;
                (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
                // 知識點是：newisa.has_assoc = true;
                object->setHasAssociatedObjects();
            }
        } else {
            // setting the association to nil breaks the association.
            AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
            if (i !=  associations.end()) {
                ObjectAssociationMap *refs = i->second;
                ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
                if (j != refs->end()) {
                    old_association = j->second;
                    refs->erase(j);
                }
            }
        }
    }
    // release the old value (outside of the lock).
    if (old_association.hasValue()) ReleaseValue()(old_association);
}

3. 關聯對象的如何進行內存管理的？關聯對象如何實現weak屬性

使用了 policy 設置內存管理策略，具體見上。

4. Autoreleasepool的原理？所使用的的數據結構是什么

5. ARC的實現原理？ARC下對retain & release做了哪些優化

6. ARC下哪些情況會造成內存泄漏

其他

1. Method Swizzle注意事項
2. 屬性修飾符atomic的內部實現是怎么樣的?能保證線程安全嗎
3. iOS 中內省的幾個方法有哪些？內部實現原理是什么
4. class、objc_getClass、object_getclass 方法有什么區別?

NSNotification相關

認真研讀、你可以在這里找到答案輕松過面：一文全解iOS通知機制(經典收藏)

1. 實現原理（結構設計、通知如何存儲的、name&observer&SEL之間的關系等）
2. 通知的發送時同步的，還是異步的
3. NSNotificationCenter接受消息和發送消息是在一個線程里嗎？如何異步發送消息
4. NSNotificationQueue是異步還是同步發送？在哪個線程響應
5. NSNotificationQueue和runloop的關系
6. 如何保證通知接收的線程在主線程
7. 頁面銷毀時不移除通知會崩潰嗎
8. 多次添加同一個通知會是什么結果？多次移除通知呢
9. 下面的方式能接收到通知嗎？為什么

// 發送通知
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(handleNotification:) name:@"TestNotification" object:@1];
// 接收通知
[NSNotificationCenter.defaultCenter postNotificationName:@"TestNotification" object:nil];
復制代碼

Runloop & KVO

runloop

runloop對于一個標準的iOS開發來說都不陌生，應該說熟悉runloop是標配，下面就隨便列幾個典型問題吧

1. app如何接收到觸摸事件的
2. 為什么只有主線程的runloop是開啟的
3. 為什么只在主線程刷新UI
4. PerformSelector和runloop的關系
5. 如何使線程保活

KVO（Finished）

同runloop一樣，這也是標配的知識點了，同樣列出幾個典型問題

1. 實現原理

KVO 會為需要observed的對象動態創建一個子類，以NSKVONotifying_ 最為前綴，然后將對象的 isa 指針指向新的子類，同時重寫 class 方法，返回原先類對象，這樣外部就無感知了；其次重寫所有要觀察屬性的setter方法，統一會走一個方法，然后內部是會調用 willChangeValueForKey 和 didChangevlueForKey 方法，在一個被觀察屬性發生改變之前， willChangeValueForKey:一定會被調用，這就 會記錄舊的值。而當改變發生后，didChangeValueForKey:會被調用，繼而 observeValueForKey:ofObject:change:context: 也會被調用。

kvo.png

那么如何驗證上面的說法呢？很簡單，借助runtime 即可，測試代碼請點擊這里:

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person = [[Person alloc] initWithName:@"pmst" age:18];
    self.teacher = [[Teacher alloc] initWithName:@"ppp" age:28];
    self.teacher.work = @"數學";
    self.teacher.numberOfStudent = 10;
    
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    
    RuntimeUtil *utils = [RuntimeUtil new];
    [utils logClassInfo:self.person.class];
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    [utils logClassInfo:object_getClass(self.person)];
    
    
    [utils logClassInfo:self.teacher.class];
    [self.teacher addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    [self.teacher addObserver:self forKeyPath:@"name" options:options context:nil];
    [self.teacher addObserver:self forKeyPath:@"work" options:options context:nil];
    [utils logClassInfo:object_getClass(self.teacher)];
}

這里 object_getClass() 方法實現也貼一下，如果直接使用 .class 那么因為被重寫過，返回的還是原先對象的類對象，而直接用 runtime 方法的直接返回了 isa 指針。

Class object_getClass(id obj)
{
    if (obj) return obj->getIsa();
    else return Nil;
}

通過日志確實可以看到子類重寫了對應屬性的setter方法：

2020-03-25 23:11:00.607820+0800 02-25-KVO[28370:1005147] LOG:(NSKVONotifying_Teacher) INFO
2020-03-25 23:11:00.608190+0800 02-25-KVO[28370:1005147] ==== OUTPUT:NSKVONotifying_Teacher properties ====
2020-03-25 23:11:00.608529+0800 02-25-KVO[28370:1005147] ==== OUTPUT:NSKVONotifying_Teacher Method ====
2020-03-25 23:11:00.608876+0800 02-25-KVO[28370:1005147] method name:setWork:
2020-03-25 23:11:00.609219+0800 02-25-KVO[28370:1005147] method name:setName:
2020-03-25 23:11:00.646713+0800 02-25-KVO[28370:1005147] method name:setAge:
2020-03-25 23:11:00.646858+0800 02-25-KVO[28370:1005147] method name:class
2020-03-25 23:11:00.646971+0800 02-25-KVO[28370:1005147] method name:dealloc
2020-03-25 23:11:00.647088+0800 02-25-KVO[28370:1005147] method name:_isKVOA
2020-03-25 23:11:00.647207+0800 02-25-KVO[28370:1005147] =========================

疑惑點：看到有文章提出 KVO 之后，setXXX 方法轉而調用 _NSSetBoolValueAndNotify、_NSSetCharValueAndNotify、_NSSetFloatValueAndNotify、_NSSetLongValueAndNotify 等方法，但是通過 runtime 打印 method 是存在的，猜測 SEL 是一樣的，但是 IMP 被換掉了，關于源碼的實現還未找到。TODO下。

2. 如何手動關閉kvo

KVO 和 KVC 相關接口太多，實際開發中直接查看接口文檔即可。

+(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key{
    if ([key isEqualToString:@"name"]) {
        return NO;
    }else{
        return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
    }
}

-(void)setName:(NSString *)name{
    
    if (_name!=name) {
        
        [self willChangeValueForKey:@"name"];
        _name=name;
        [self didChangeValueForKey:@"name"];
    }
      
}

3. 通過KVC修改屬性會觸發KVO么

會觸發 KVO 操作，KVC 時候會先查詢對應的 getter 和 setter 方法，如果都沒找到，調用

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly {
    return NO;
}

如果返回 YES，那么可以直接修改實例變量。

• KVC 調用 getter 流程：getKEY，KEY，isKEY, _KEY，接著是實例變量 _KEY,_isKEY, KEY, isKEY;

• KVC 調用 setter 流程：setKEY和 _setKEY，實例變量順序 _KEY,_isKEY, KEY, isKEY，沒找到就調用 setValue: forUndefinedKey:

4. 哪些情況下使用kvo會崩潰，怎么防護崩潰

1. dealloc 沒有移除 kvo 觀察者，解決方案：創建一個中間對象，將其作為某個屬性的觀察者，然后dealloc的時候去做移除觀察者，而調用者是持有中間對象的，調用者釋放了，中間對象也釋放了，dealloc 也就移除觀察者了；
2. 多次重復移除同一個屬性，移除了未注冊的觀察者
3. 被觀察者提前被釋放，被觀察者在 dealloc 時仍然注冊著 KVO，導致崩潰。 例如：被觀察者是局部變量的情況（iOS 10 及之前會崩潰） 比如 weak ；
4. 添加了觀察者，但未實現 observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，導致崩潰；
5. 添加或者移除時 keypath == nil，導致崩潰；

以下解決方案出自 iOS 開發：『Crash 防護系統』（二）KVO 防護 一文。

解決方案一：

FBKVOController 對 KVO 機制進行了額外的一層封裝，框架不但可以自動幫我們移除觀察者，還提供了 block 或者 selector 的方式供我們進行觀察處理。不可否認的是，FBKVOController 為我們的開發提供了很大的便利性。但是相對而言，這種方式對項目代碼的侵入性比較大，必須依靠編碼規范來強制約束團隊人員使用這種方式。

解決方案二：

1. 首先為 NSObject 建立一個分類，利用 Method Swizzling，實現自定義的 BMP_addObserver:forKeyPath:options:context:、BMP_removeObserver:forKeyPath:、BMP_removeObserver:forKeyPath:context:、BMPKVO_dealloc方法，用來替換系統原生的添加移除觀察者方法的實現。

2. 然后在觀察者和被觀察者之間建立一個 KVODelegate 對象，兩者之間通過 KVODelegate 對象 建立聯系。然后在添加和移除操作時，將 KVO 的相關信息例如 observer、keyPath、options、context 保存為 KVOInfo 對象，并添加到 KVODelegate 對象 中對應 的 關系哈希表 中，對應原有的添加觀察者。 關系哈希表的數據結構：{keypath : [KVOInfo 對象1, KVOInfo 對象2, ... ]}

3. 在添加和移除操作的時候，利用 KVODelegate 對象 做轉發，把真正的觀察者變為 KVODelegate 對象，而當被觀察者的特定屬性發生了改變，再由 KVODelegate 對象 分發到原有的觀察者上。

4. 添加觀察者時：通過關系哈希表判斷是否重復添加，只添加一次。

5. 移除觀察者時：通過關系哈希表是否已經進行過移除操作，避免多次移除。

6. 觀察鍵值改變時：同樣通過關系哈希表判斷，將改變操作分發到原有的觀察者上。

解決方案三：

XXShield 實現方案和 BayMax 系統類似。也是利用一個 Proxy 對象用來做轉發， 真正的觀察者是 Proxy，被觀察者出現了通知信息，由 Proxy 做分發。不過不同點是 Proxy 里面保存的內容沒有前者多。只保存了 _observed（被觀察者） 和關系哈希表，這個關系哈希表中只維護了 keyPath 和 observer 的關系。

關系哈希表的數據結構：{keypath : [observer1, observer2 , ...](NSHashTable)} 。

XXShield 在 dealloc 中也做了類似將多余觀察者移除掉的操作，是通過關系數據結構和 _observed ，然后調用原生移除觀察者操作實現的。

5. kvo的優缺點

優點：

1. 運用了設計模式：觀察者模式
2. 支持多個觀察者觀察同一屬性，或者一個觀察者監聽不同屬性。
3. 開發人員不需要實現屬性值變化了發送通知的方案，系統已經封裝好了，大大減少開發工作量；
4. 能夠對非我們創建的對象，即內部對象的狀態改變作出響應，而且不需要改變內部對象（SDK對象）的實現；
5. 能夠提供觀察的屬性的最新值以及先前值；
6. 用key paths來觀察屬性，因此也可以觀察嵌套對象；
7. 完成了對觀察對象的抽象，因為不需要額外的代碼來允許觀察值能夠被觀察

缺點：

1. 觀察的屬性鍵值硬編碼（字符串），編譯器不會出現警告以及檢查；
2. 由于允許對一個對象進行不同屬性觀察，所以在唯一回調方法中，會出現地獄式 if-else if - else 分支處理情況；

References：

• iOS底層原理總結篇-- 深入理解 KVC\KVO 實現機制
• iOS 開發：『Crash 防護系統』（二）KVO 防護
• ValiantCat / XXShield（第三方框架）
• JackLee18 / JKCrashProtect（第三方框架）
• 大白健康系統 -- iOS APP運行時 Crash 自動修復系統

Block

1. block的內部實現，結構體是什么樣的
2. block是類嗎，有哪些類型
3. 一個int變量被 __block 修飾與否的區別？block的變量截獲
4. block在修改NSMutableArray，需不需要添加__block
5. 怎么進行內存管理的
6. block可以用strong修飾嗎
7. 解決循環引用時為什么要用__strong、__weak修飾
8. block發生copy時機
9. Block訪問對象類型的auto變量時，在ARC和MRC下有什么區別

多線程

主要以GCD為主

1. iOS開發中有多少類型的線程？分別對比
2. GCD有哪些隊列，默認提供哪些隊列
3. GCD有哪些方法api
4. GCD主線程 & 主隊列的關系
5. 如何實現同步，有多少方式就說多少
6. dispatch_once實現原理
7. 什么情況下會死鎖
8. 有哪些類型的線程鎖，分別介紹下作用和使用場景
9. NSOperationQueue中的maxConcurrentOperationCount默認值
10. NSTimer、CADisplayLink、dispatch_source_t 的優劣

視圖&圖像相關

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8. imageName & imageWithContentsOfFile區別
9. 多個相同的圖片，會重復加載嗎
10. 圖片是什么時候解碼的，如何優化
11. 圖片渲染怎么優化
12. 如果GPU的刷新率超過了iOS屏幕60Hz刷新率是什么現象，怎么解決

性能優化

1. 如何做啟動優化，如何監控
2. 如何做卡頓優化，如何監控
3. 如何做耗電優化，如何監控
4. 如何做網絡優化，如何監控

開發證書

1. 蘋果使用證書的目的是什么
2. AppStore安裝app時的認證流程
3. 開發者怎么在debug模式下把app安裝到設備呢

架構設計

典型源碼的學習

只是列出一些iOS比較核心的開源庫，這些庫包含了很多高質量的思想，源碼學習的時候一定要關注每個框架解決的核心問題是什么，還有它們的優缺點，這樣才能算真正理解和吸收

1. AFN
2. SDWebImage
3. JSPatch、Aspects(雖然一個不可用、另一個不維護，但是這兩個庫都很精煉巧妙，很適合學習)
4. Weex/RN, 筆者認為這種前端和客戶端緊密聯系的庫是必須要知道其原理的
5. CTMediator、其他router庫，這些都是常見的路由庫，開發中基本上都會用到
6. 請圈友們在評論下面補充吧

架構設計

1. 手動埋點、自動化埋點、可視化埋點
2. MVC、MVP、MVVM設計模式
3. 常見的設計模式
4. 單例的弊端
5. 常見的路由方案，以及優缺點對比
6. 如果保證項目的穩定性
7. 設計一個圖片緩存框架(LRU)
8. 如何設計一個git diff
9. 設計一個線程池？畫出你的架構圖
10. 你的app架構是什么，有什么優缺點、為什么這么做、怎么改進

其他問題

1. PerformSelector & NSInvocation優劣對比
2. oc怎么實現多繼承？怎么面向切面（可以參考Aspects深度解析-iOS面向切面編程）
3. 哪些bug會導致崩潰，如何防護崩潰
4. 怎么監控崩潰
5. app的啟動過程（考察LLVM編譯過程、靜態鏈接、動態鏈接、runtime初始化）
6. 沙盒目錄的每個文件夾劃分的作用
7. 簡述下match-o文件結構

系統基礎知識

1. 進程和線程的區別
2. HTTPS的握手過程
3. 什么是中間人攻擊？怎么預防
4. TCP的握手過程？為什么進行三次握手，四次揮手
5. 堆和棧區的區別？誰的占用內存空間大
6. 加密算法：對稱加密算法和非對稱加密算法區別
7. 常見的對稱加密和非對稱加密算法有哪些
8. MD5、Sha1、Sha256區別
9. charles抓包過程？不使用charles，4G網絡如何抓包

數據結構與算法

對于移動開發者來說，一般不會遇到非常難的算法，大多以數據結構為主，筆者列出一些必會的算法，當然有時間了可以去LeetCode上刷刷題

1. 八大排序算法
2. 棧&隊列
3. 字符串處理
4. 鏈表
5. 二叉樹相關操作
6. 深搜廣搜
7. 基本的動態規劃題、貪心算法、二分查找