objc_class|objc_class 中 cache 原理分析
OC底层原理学习回顾类的结构分析中中提到的
objc_class结构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
...
}
cache_t 结构分析 【objc_class|objc_class 中 cache 原理分析】这一章探索一下
cache,顾名思义是一个缓存，存储的是什么东西？打开cache_t的源码struct cache_t {
#if CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED//macOS、模拟器
explicit_atomic _buckets;
explicit_atomic _mask;
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16//真机64位
explicit_atomic _maskAndBuckets;
mask_t _mask_unused;
// How much the mask is shifted by.
...
#elif CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_LOW_4//真机非64位
// _maskAndBuckets stores the mask shift in the low 4 bits, and
// the buckets pointer in the remainder of the value. The mask
// shift is the value where (0xffff >> shift) produces the correct
// mask. This is equal to 16 - log2(cache_size).
explicit_atomic _maskAndBuckets;
mask_t _mask_unused;
...
#else
#error Unknown cache mask storage type.
#endif#if __LP64__
uint16_t _flags;
#endif
uint16_t _occupied;
...
-
catch的结构中分为3个架构分别是mac系统、64位真机、非64位真机 -
explicit_atomic显示原子性，目的是为了能够保证增删改查时线程的安全性等价于struct bucket_t * _buckets - 在模拟器和真机属性上是有区别的，模拟器是有
_buckets和_mask,而真机只有一个_maskAndBuckets，合成一个的目的是为了节省内存，读取方便
bucket_t的源码结构struct bucket_t {
private:
// IMP-first is better for arm64e ptrauth and no worse for arm64.
// SEL-first is better for armv7* and i386 and x86_64.
#if __arm64__
explicit_atomic _imp;
explicit_atomic _sel;
#else
explicit_atomic _sel;
explicit_atomic _imp;
#endif
...
}
-
bucket_t的结构中分为2个两个架构，一个真机一个非真机 - 有两个属性
_imp和_sel
cache中缓存的是sel-imp，这不是就是方法么！猜测，我们每调用一个方法，都会被缓存下来，通过lldb命令，打印一下step1. 初始化一个
Person类，在调用方法之前添加断点,根据类的结构分析中得知，对象方法存储在类中，获取类的地址信息(lldb) p/x person.class
(Class) $0 = 0x00000001000022d0 Person
step2.地址偏移16位，获取
cache_t,并打印(lldb) p/x 0x00000001000022e0
(long) $1 = 0x00000001000022e0
(lldb) p (cache_t *)0x00000001000022e0
(cache_t *) $2 = 0x00000001000022e0
(lldb) p *$2
(cache_t) $3 = {
_buckets = {
std::__1::atomic = 0x000000010074bc30 {
_sel = {
std::__1::atomic = (null)
}
_imp = {
std::__1::atomic = 0
}
}
}
_mask = {
std::__1::atomic = 3
}
_flags = 32804
_occupied = 2
}
这时候我们看到
buckets还是nullstep3. 手动触发一次对象方法，再打印出
cache_t(lldb) po [person objcMethod]
(lldb) p *$2
(cache_t) $4 = {
_buckets = {
std::__1::atomic = 0x000000010074bc70 {
_sel = {
std::__1::atomic = ""
}
_imp = {
std::__1::atomic = 12064
}
}
}
_mask = {
std::__1::atomic = 7
}
_flags = 32804
_occupied = 1
}
step4. 可以看到已经不是
null了 ,通过cache_t提供的buckets()方法，获取bucket_t对象(lldb) p $4.buckets()
(bucket_t *) $5 = 0x000000010074bc70
(lldb) p *$5
(bucket_t) $7 = {
_sel = {
std::__1::atomic = ""
}
_imp = {
std::__1::atomic = 12064
}
}
step5. 通过
bucket_t提供的sel()和imp(Class cls)两个方法，获取sel-imp(lldb) p $7.sel()
(SEL) $8 = "objcMethod"
(lldb) p $7.imp(person.class)
(IMP) $10 = 0x0000000100000df0 (Example`-[Person objcMethod])
在没有执行方法调用时，
cache是没有缓存的，执行了一次方法调用，cache中就有了一个缓存，即调用一次方法就会缓存一次方法,缓存的目的无非也就是再次调用的时候，使用缓存，猜测查找方法的时候可能会耗时，不耗时没必要使用缓存，这个查先以后查询，我们先研究一下，他是什么时候如何插入到缓存中的cache_t 插入 插入的方法猜测99.99%是
cache_t提供的，在cache_t提供的方法中，发现了
void insert(Class cls, SEL sel, IMP imp, id receiver);
,来到它的实现，添加一个断点，看一下堆栈
文章图片
触发它的条件是，系统底层发出了一个未缓存的消息，emmm,符合我们的猜想，消息的发送机制以后再研究，先研究插入流程
文章图片
将源码分为三部分看
- 计算缓存数量
mask_t newOccupied = occupied() + 1;
// 新的缓存数量 = 已缓存的数量 + 1
- 开辟空间
- 第一次进来开辟4个
if (slowpath(isConstantEmptyCache())) { // 编译器优化：小概率发生没有缓存的时候
// Cache is read-only. Replace it.
if (!capacity) capacity = INIT_CACHE_SIZE;
//默认值初始化4
reallocate(oldCapacity, capacity, /* freeOld */false);
//开辟空间
}
bool cache_t::isConstantEmptyCache()
{
return
occupied() == 0&&
buckets() == emptyBucketsForCapacity(capacity(), false);
}
enum {
INIT_CACHE_SIZE_LOG2 = 2,
INIT_CACHE_SIZE= (1 << INIT_CACHE_SIZE_LOG2),
MAX_CACHE_SIZE_LOG2= 16,
MAX_CACHE_SIZE= (1 << MAX_CACHE_SIZE_LOG2),
};
void cache_t::reallocate(mask_t oldCapacity, mask_t newCapacity, bool freeOld)
{
bucket_t *oldBuckets = buckets();
//像系统申请开辟内存
bucket_t *newBuckets = allocateBuckets(newCapacity);
// Cache's old contents are not propagated.
// This is thought to save cache memory at the cost of extra cache fills.
// fixme re-measure thisASSERT(newCapacity > 0);
ASSERT((uintptr_t)(mask_t)(newCapacity-1) == newCapacity-1);
setBucketsAndMask(newBuckets, newCapacity - 1);
if (freeOld) {
cache_collect_free(oldBuckets, oldCapacity);
}
}
- 小于等3/4不做处理
else if (fastpath(newOccupied + CACHE_END_MARKER <= capacity / 4 * 3)) {
// Cache is less than 3/4 full. Use it as-is.
// 如果小于等于占用内存的3/4 ,什么也不做
}
- 超过3/4进行扩容，并重新梳理缓存
//当前容量不为空时，扩容2倍，如果为空：初始化 = 4
capacity = capacity ? capacity * 2 : INIT_CACHE_SIZE;
if (capacity > MAX_CACHE_SIZE) {
capacity = MAX_CACHE_SIZE;
//最大不能 超出 1<< 16
}
//释放旧的，缓存新的
reallocate(oldCapacity, capacity, true);
- 进行imp和sel赋值
//获取散列表
bucket_t *b = buckets();
// 获取散列表大小 - 1
mask_t m = capacity - 1;
// 通过cache_hash方法获取 对应的 index值
// begin，用来记录查询起始索引
mask_t begin = cache_hash(sel, m);
mask_t i = begin;
// Scan for the first unused slot and insert there.
// There is guaranteed to be an empty slot because the
// minimum size is 4 and we resized at 3/4 full.
do {
if (fastpath(b[i].sel() == 0)) { // 如果没有找到缓存的方法
incrementOccupied();
//_occupied ++;
b[i].set(sel, imp, cls);
// 缓存实例方法
return;
}
if (b[i].sel() == sel) {// 如果找到需要缓存的方法，什么都不做，并退出循环
// The entry was added to the cache by some other thread
// before we grabbed the cacheUpdateLock.
return;
}
} while (fastpath((i = cache_next(i, m)) != begin));
//当出现hash碰撞 cache_t查找下一个 直到回到begin 全部查找结束cache_t::bad_cache(receiver, (SEL)sel, cls);
关于Cache_t原理分析图
文章图片
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