Runtime应用篇

前言

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)

关联对象(Objective-C Associated Objects)

我们都是知道分类是不能自定义属性和变量的。如果在分类的声明中写@property 只能为其生成get 和 set 方法的声明，但无法生成成员变量，就是虽然点语法能调用出来，但程序执行后会crash。

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

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。

内存管理策略

内存策略	属性修饰	描述
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN	@property (assign) 或 @property (unsafe_unretained)	指定一个关联对象的弱引用。
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC	@property (nonatomic, strong)	指定一个关联对象的强引用，不能被原子化使用。
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC	@property (nonatomic, copy)	指定一个关联对象的copy引用，不能被原子化使用
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN	@property (atomic, strong)	指定一个关联对象的强引用，能被原子化使用。
OBJC_ASSOCIATION_COPY	@property (atomic, copy)	指定一个关联对象的copy引用，能被原子化使用。

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

方法魔法(Method Swizzling)

方法添加

1 2	//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@:");

参数解释

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

方法替换

// 获得某个类的类方法
Method class_getClassMethod(Class cls , SEL name)

// 获得某个类的实例对象方法
Method class_getInstanceMethod(Class cls , SEL name)

// 交换两个方法的实现
void method_exchangeImplementations(Method m1 , Method m2)

示例如下:

@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];
}

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。

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。

KVO实现

质量博客解读

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。在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。

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。

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
}

示例如下：

- (void)dealloc
{
[self.person removeObserver:self forKeyPath:@"name"];
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
self.person = [Person new];
[self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:@"传个值？"];
}
#pragma mark KVO
- (void)KVO
{
self.person.name = @"new name";
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context
{
NSLog(@"%@对象的%@属性改变了：%@,传值:%@", object, keyPath, change,context);
}

输出如下

<Person: 0x600000907280>对象的name属性改变了：{
kind = 1;
new = "new name";
},传值:传个值？

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。

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。

获得一个类的所有成员变量

用runtime提供的函数遍历Model自身所有属性。

unsigned int outCount = 0;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([Person class], &outCount);

// 遍历所有成员变量
for (int i = 0; i < outCount; i++) {
// 取出i位置对应的成员变量
Ivar ivar = ivars[i];
const char *name = ivar_getName(ivar);
const char *type = ivar_getTypeEncoding(ivar);
NSLog(@"成员变量名：%s 成员变量类型：%s",name,type);
}
// 注意释放内存！
free(ivars);

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];
}
}

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;

}