iOS八股文之 Runtime

一、Runtime是啥

这个看苹果文档的描述即可：

Objective-C 语言尽可能将诸多决策从编译时和链接时推迟到运行时。只要有可能，它都会以动态方式处理事务。
这意味着该语言不仅需要编译器，还需要一个运行时系统来执行已编译的代码。
运行时系统就像是Objective-C 语言的一种操作系统，正是它让这种语言能够正常运行。

runtime 主要用 C 语言编写（如objc.h、runtime.h中的 API），核心逻辑（如objc_msgSend）用汇编编写，目的是提升性能（汇编能直接操作寄存器，减少函数调用开销）。

总之，OC动态处理事务的方式决定了运行时的诞生；本质上是一套基于 C语言的 API 和 数据结构，负责在程序运行时处理类、对象、方法调用等底层操作。

二、Runtime有啥东西

1. 关于实例（instance）、类、（Class）、元类（Meta-Class）的认识

• 关于isa指针
  – 他们的 isa指针 指向：实例 → 类 → 元类 → 根元类（NSObject 的元类），（根元类指向自己）；
  – 这样形成 isa 链表。这是 “对象能找到自己方法” 的基础。
• 关于类的结构定义，内部包含 3 个关键部分
  – super_class：指向父类，用于继承链查找；
  – cache：缓存最近调用的方法，避免每次查找都遍历方法列表，提升性能；
  – bits：存储类的方法列表（method_list）、属性列表（ivar_list）、协议列表（protocol_list）等。
• 关于元类，类方法的 “归属地”
  – 实例方法存储在 “类对象” 中，类方法存储在 “元类” 中；
  – 当调用类方法[Class doClassMethod]时，runtime 会通过 “类对象的 isa” 找到元类，再从元类的方法列表中查找该类方法。

2. 消息机制：OC 的 “调用方法” 本质是 “发消息”

OC 中[obj doSomething]的本质，不是直接调用方法，而是通过 runtime 发送消息，流程分 3 步：

• 消息发送（objc_msgSend）：通过obj的isa找到类对象，先查cache，再查method_list；若没找到，通过super_class向上遍历父类，直到根类（NSObject）。
• 动态方法解析（resolve）：若遍历完没找到方法，会先调用+resolveInstanceMethod:（实例方法）或+resolveClassMethod:（类方法），允许开发者 “动态添加” 该方法（比如给分类动态补方法）。
• 消息转发（forwarding）：若解析失败，会进入转发流程：先通过 -forwardingTargetForSelector: 找 “替代对象” 处理消息；若没找到，再通过 -methodSignatureForSelector:和-forwardInvocation: 手动处理消息（比如打印日志、返回默认值），若这步也没处理，才会崩溃（unrecognized selector）。

3. 动态操作 API：开发者能主动修改的行为

这是 runtime 最常被使用的部分，核心 API 分 3 类：

• 动态操作方法：class_addMethod（添加方法）、class_replaceMethod（替换方法）、method_exchangeImplementations（交换方法实现，即 “Method Swizzling”）。
• 动态操作属性：class_addIvar（添加成员变量，仅能在 “动态创建类” 时用）、objc_setAssociatedObject/objc_getAssociatedObject（关联对象，给分类加 “伪属性”）。
• 动态操作类：objc_allocateClassPair（创建类）、objc_registerClassPair（注册类）、objc_getClass/object_getClass（获取类对象）。

三、Runtime有啥用（应用举例）

1. 分类添加 “属性”：关联对象（Associated Object）

问题：OC 分类默认不能添加成员变量，直接写@property只会生成 getter/setter 声明，没有实现；
解决方案：用objc_setAssociatedObject 和 objc_getAssociatedObject实现属性存储；

比如：给 UIButton 加 “点击回调 Block”：
objc
// UIButton+Block.h
@interface UIButton (Block)
@property (nonatomic, copy) void(^clickBlock)(UIButton *);
@end// UIButton+Block.m
@implementation UIButton (Block)
- (void)setClickBlock:(void (^)(UIButton *))clickBlock {objc_setAssociatedObject(self, @selector(clickBlock), clickBlock, OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);[self addTarget:self action:@selector(btnClick) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
}
- (void(^)(UIButton *))clickBlock {return objc_getAssociatedObject(self, @selector(clickBlock));
}
- (void)btnClick {if (self.clickBlock) {self.clickBlock(self);}
}
@end

2. 方法交换：埋点、防崩溃、统一拦截

场景 1：给所有 UIViewController 的viewDidAppear:加页面曝光埋点，无需每个 VC 都写代码；

@implementation UIViewController (Track)
+ (void)load {// 确保只执行一次（load方法会被父类/子类多次调用，需过滤）static dispatch_once_t onceToken;dispatch_once(&onceToken, ^{// 1. 获取原方法和自定义方法Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(viewDidAppear:));Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(self, @selector(swizzled_viewDidAppear:));// 2. 交换方法实现method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);});
}
// 自定义方法：加埋点逻辑
- (void)swizzled_viewDidAppear:(BOOL)animated {// 先调用原方法（此时swizzled方法已经和原方法交换，调用swizzled方法等于调用原方法）[self swizzled_viewDidAppear:animated];// 埋点逻辑NSString *pageName = NSStringFromClass([self class]);[TrackManager logPageExpose:pageName];
}
@end

3. JSON 模型转换：自动映射属性

主流框架（如 MJExtension、YYModel）的核心原理：通过 runtime 遍历模型类的ivar_list（成员变量列表），获取属性名，再和 JSON 的 key 匹配，自动赋值；
关键 API：class_copyIvarList（获取成员变量列表）、ivar_getName（获取成员变量名）、object_setIvar（给成员变量赋值）。

4. KVO 底层支撑：动态生成 “中间类”

当给对象添加 KVO 时，runtime 会动态生成一个 “中间类”（如NSKVONotifying_XXX），让原对象的isa指向这个中间类；
中间类会重写setter方法，在赋值时触发observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:，这是 KVO 能监听属性变化的底层逻辑。

四、Runtime在实践中常见问题（持续收集中）

1. 方法交换（Method Swizzling）的 “失效” 或 “重复交换”

Bug 原因：
没在+load方法中执行交换（+initialize会延迟调用，可能导致交换时机晚于方法调用）；
没加dispatch_once_t，导致子类 / 父类重复交换，覆盖原实现；
解决方案：
必须在+load方法中执行交换（+load会在类加载时调用，且每个类只调用一次）；
用dispatch_once确保交换逻辑只执行一次（如上文实例中的代码）。

2. 关联对象的 “内存泄漏” 或 “野指针”

Bug 原因：
关联对象的内存策略选错，比如用OBJC_ASSOCIATION_RETAIN关联 “self”，导致循环引用（如给 VC 加关联对象，值是 VC 的 Block）；
关联对象没主动移除，导致对象释放后仍持有资源；
解决方案：
关联 Block 时用OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC（Block 拷贝后才能安全存储）；
若关联对象是 “临时资源”，在对象销毁时（如 VC 的dealloc）用objc_removeAssociatedObjects(self)移除；
避免关联 “self”，若必须关联，用__weak typeof(self) weakSelf = self打破循环引用。

3. 消息转发未处理导致的 “隐性崩溃”

Bug 原因：
动态调用方法时（如performSelector:withObject:），没判断对象是否能响应该方法，导致消息转发流程走到最后仍未处理，触发unrecognized selector sent to instance；
解决方案：
调用前用respondsToSelector:判断对象是否能响应方法；
若需动态处理，重写+resolveInstanceMethod:或-forwardingTargetForSelector:，给消息一个 “兜底” 处理（如返回空值、打印日志）。

4. KVO 未移除导致的 “崩溃”

Bug 原因：
KVO 底层依赖 runtime 动态生成的中间类，若观察者销毁前没调用removeObserver:forKeyPath:，中间类仍会尝试给观察者发通知，导致野指针崩溃；
解决方案：
在观察者的dealloc方法中强制移除 KVO 监听；
用@try @catch包裹removeObserver（避免重复移除导致崩溃）。

五、Runtime 的一些其他相关（持续补充中）

1. runtime 与 Swift 的关系

• Swift 有自己的运行时（Swift Runtime），但当 Swift 代码中用@objc修饰类、方法、属性时，会桥接到 Objective-C runtime，支持动态特性（如performSelector、KVO）；
• 纯 Swift 类（不继承 NSObject，且不加@objc）不支持 Objective-C runtime，无法动态修改行为。

2. runtime 的性能影响

动态操作（如objc_msgSend、关联对象）比静态调用（如 C 函数、Swift 直接调用方法）慢，因为需要额外的查找、遍历逻辑；所以避免在 “高频调用场景”（如tableView:cellForRowAtIndexPath:）中频繁使用 runtime 动态操作，优先用静态方法；若必须用，尽量缓存结果（如缓存遍历到的属性列表）。

3. App Store 审核风险

动态创建类（objc_allocateClassPair）、修改私有方法实现等操作，可能被 App Store 判定为 “违规修改系统行为”，存在拒审风险；所以要注意仅在 “必要场景”（如模型转换、埋点）使用 runtime，避免修改系统类（如 NSObject、UIView）的私有方法。