Message Forwarding

发送消息会有以下⼏个流程:

  1. 快速查找流程——通过汇编objc_msgSend查找缓存cache_t是否有imp实现
  2. 慢速查找流程——通过C++中lookUpImpOrForward递归查找当前类和父类的rwmethodlist的方法
  3. 动态方法解析——通过调用resolveInstanceMethodresolveClassMethod来动态方法决议——实现消息动态处理
  4. 快速转发流程——通过CoreFoundation来触发消息转发流程,forwardingTargetForSelector实现快速转发,由其他对象来实现处理方法
  5. 慢速转发流程——先调用methodSignatureForSelector获取到方法的签名,生成对应的invocation;再通过forwardInvocation来进行处理
  6. 以上流程均无法挽救就崩溃并报错

当一个 OC 对象(receiver)接收到 Unknown selector 时,会进入如图流程,用户可以在这三个步骤中 override receiver 的相关方法,进而避免doesNotRecognizeSelector:异常。

《Effective Objective-C 2.0》的描述是:

步骤越往后,处理消息的代价就越大;最好能在第一步就处理完,这样的话,runtime 系统就可以将此方法缓存起来,进而提高效率。若想在第三步里把消息转发给备援的 receiver,那还不如把转发操作提前到第二步。因为第三步只是修改了调用目标,这项改动放在第二步会更为简单,不然的话,还得创建并处理完整的NSInvocation

+resolveInstanceMethod

Receiver 在收到 unknown selector 后,首先将调用其本类的resolveInstanceMethod:方法,该方法定义如下:

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel;

该方法的参数就是那个 unknown selector,其返回值为Boolean类型,表示这个类是否能新增一个实例方法用以处理该 unknown selector。在继续往下执行转发机制之前,本类有机会新增一个处理此 selector 的方法。所以resolveInstanceMethod:的一般使用套路是:

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSelector {
    if (/* aSelector满足某个条件  */) {
        /*
         调用class_addMethod为该类添加一个处理aSelector的方法,譬如:
         class_addMethod(self, aSelector, aImp, @"v@:@");
         */
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:aSelector];
}

假如尚未实现的方法不是实例方法而是类方法,那么 runtime 系统会调用另外一个与resolveInstanceMethod:类似的方法resolveClassMethod:

就我经验而言,resolveInstanceMethod:的使用场景一般用来动态添加 setter 和 getter。

#-forwardingTargetForSelector

当前 receiver 还有第二次机会能处理 unknown selector,在这一步中,runtime 系统会问它:可否把这条消息转给其他对象处理?该步骤对应的处理方法是forwardingTargetForSelector:,定义于<objc/NSObject.h>中:

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;

若当前 receiver 能找到备援对象,则将其返回,当然,备援对象必须能够响应 aSelector,否则依然会抛出doesNotRecognizeSelector:异常;若找不到,则返回nil

-forwardingTargetForSelector:的使用逻辑非常简单,应用场景包括:

  • 实现多继承。Objective-C 不允许多继承,基于-forwardingTargetForSelector:,可以通过组合的方式,模拟出多继承的某些特性。
  • 为协议遵循者提供默认实现。譬如某个协议定义了多个方法,有必要为这几个方法提供默认实现;具体做法是定义一个类(假设为 Implement),用于实现这几个方法,然后 override 协议遵循者的-forwardingTargetForSelector:方法,将协议方法的 receiver 定位到 Implement 对象。

#-forwardInvocation

-forwardInvocation:要和-methodSignatureForSelector:配套使用,后者为NSMethodSignature对象,该对象携带 selector 的签名信息,包括参数类型、返回值类型和长度等。Runtime 内部会基于NSMethodSignature实例构建一个NSInvocation对象,作为回调-forwardInvocation:的入参。

只要回调-methodSignatureForSelector:的返回值不为空,就会进入-forwardInvocation:方法,用户可以在此过程中修改 invocation 的 target,将 receiver 定位到别处:

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    [invocation setTarget:self.target];  // 让self.target成为消息的receiver
    [invocation invoke];
}

值得一提的是,除了修改 receiver,还可以修改入参,甚至是返回值。NSInvocation#invoke会触发 receiver 的 selector 的调用,如果不想调用怎么办?没怎么办,只要确保 invocation 的返回值(NSInvocation#setReturnValue:)的类型和长度一致即可。

Unknown selector 触发的三个回调介绍完毕,简单总结一下。

就作用而言,+resolveInstanceMethod:主要用于为类动态增加实例方法;-forwardingTargetForSelector:用于将 selector 的 receiver 从self定位到别的 target;这两个方法的使用都比较直接简单,不太能整出花样。-forwardInvocation:就不同了,在它身上可以动的手脚比较多,不光可以修改 receiver,还可以篡改入参、返回值;当然,-forwardInvocation:的代价比较大一些,毕竟还会触发-methodSignatureForSelector:,构建NSMethodSignatureNSInvocation实例。

如果需要动态新增方法,可以在+resolveInstanceMethod:阶段完成;如果只是需要篡改 receiver,在-forwardingTargetForSelector:阶段完成更省事儿;如果需要更高阶的玩法,或许真的只有-forwardInvocation:能满足需求。

NSProxy

NSProxy is an abstract superclass defining an API for objects that act as stand-ins for other objects or for objects that don’t exist yet. Typically, a message to a proxy is forwarded to the real object or causes the proxy to load (or transform itself into) the real object. Subclasses of NSProxy can be used to implement transparent distributed messaging (for example, NSDistantObject) or for lazy instantiation of objects that are expensive to create.

NSProxy是一个抽象的超类,它定义了一个对象的API,用来充当其他对象或者一些不存在的对象的替身。通常,发送给Proxy的消息会被转发给实际对象,或使Proxy加载(转化为)实际对象。 NSProxy的子类可以用于实现透明的分布式消息传递(例如,NSDistantObject),或者用于创建开销较大的对象的惰性实例化。

作为抽象类,它不实现初始化方法,并且会在收到任何它不响应的消息时引发异常。因此,具体子类必须实现一个初始化或者创建方法,并且重写- (void)forwardInvocation:(NSInvocation )invocation;和- (nullable NSMethodSignature )methodSignatureForSelector:(SEL)sel方法,来转发它没实现的方法。这也是NSProxy的主要功能,负责把消息转发给真正的target的代理类,NSProxy正是代理的意思。

总结:

NSProxy专门为消息转发而生

Reference

1.NSObject 的消息转发机制

2.NSProxy的理解和使用

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