iOS底层原理13：消息转发流程

在iOS底层原理12：动态方法决议中探究了动态方法决议。在动态决议之后，通过日志辅助功能认识到forwardingTargetForSelector和methodSignatureForSelector方法，也就是消息发送的最后一个流程消息转发

准备工作

• objc4-818 源码
• CF源码
• 反汇编工具Hopper和ida

消息转发

消息发送在经过动态方法决议后，仍然没有查找到正真的方法实现，此时进入消息转发流程。转发流程分两步快速转发和慢速转发

快速转发流程

通过日志辅助发现，在崩溃之前会执行forwardingTargetForSelector方法，即消息快速流程

forwardingTargetForSelector方法探究

打开Xcode，通过快捷键command + shift + 0打开开发者文档，然后搜索forwardingTargetForSelector，结果如下图

image

• 根据开发者文档的描述，forwardingTargetForSelector返回了一个重定向对象，这个对象来响应未实现的方法。

代码验证

• 新建一个iOS工程，创建两个类HTPerson和HTCommon
  • HTPerson类 只有实例方法sayHello、类方法sayBye的声明，无实现
  • HTCommon类 实现了这两个方法

image

• 在HTPerson中添加forwardingTargetForSelector方法，代码如下

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    
    if (aSelector == @selector(sayHello)) {
        return [[HTCommon alloc] init];
    } else if (aSelector == @selector(sayBye)) {
        return [HTCommon class];
    }
    return [NSObject alloc];
}

• 运行程序，对象方法sayHello已经成功调用了，但是类方法依然会导致崩溃

image

【问题】如何通过消息转发快速流程，来处理类方法呢？这里猜测需要通过+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {} 来处理类方法

• 继续修改forwardingTargetForSelector方法，代码如下

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    
    if (aSelector == @selector(sayHello)) {
        return [[HTCommon alloc] init];
    }
    return [NSObject alloc];
}

+ (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    NSLog(@"%s - %@",__func__,NSStringFromSelector(aSelector));
    
    if (aSelector == @selector(sayBye)) {
        return [HTCommon class];
    }
    return [NSObject class];
}

image

慢速转发流程

如果通过快速转发流程forwardingTargetForSelector还是找不到方法实现，接下来苹果还给了我们一次机会，即慢速转发流程

• 慢速转发流程methodSignatureForSelector，查看文档如下：

image

• methodSignatureForSelector方法返回的是NSMethodSignature对象，该对象包含由给定选择器标识的方法的描述。methodSignatureForSelector一般和forwardInvocation搭配使用，如果methodSignatureForSelector方法返回的是一个nil就不会调用forwardInvocation

代码验证

#pragma mark- 处理对象方法
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    
    NSLog(@"%s -- %@", __func__, NSStringFromSelector(aSelector));
    if (aSelector == @selector(sayHello)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v:@"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    
    NSLog(@"%s -- %@", __func__, NSStringFromSelector(anInvocation.selector));
    
    if (anInvocation.selector == @selector(sayHello)) {
        HTCommon *common = [[HTCommon alloc] init];
        anInvocation.target = common;
        return [anInvocation invoke];
    }
    return [super forwardInvocation:anInvocation];
}

#pragma mark- 处理类方法
+ (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector {
    
    NSLog(@"%s -- %@", __func__, NSStringFromSelector(aSelector));
    if (aSelector == @selector(sayBye)) {
        return [NSMethodSignature signatureWithObjCTypes:"v:@"];
    }
    return [super methodSignatureForSelector:aSelector];
}

+ (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    NSLog(@"%s -- %@", __func__, NSStringFromSelector(anInvocation.selector));
}

如果methodSignatureForSelector的返回值是NSMethodSignature对象，则会调用forwardInvocation方法对anInvocation事务进行处理，如果不处理也不会报错

消息转发总结

消息转发的处理主要分为两部分：

• 【快速转发】当慢速查找，以及动态方法决议均没有找到实现时，进行消息转发，首先是进行快速消息转发，即走到forwardingTargetForSelector方法
  • 如果返回消息接收者，在消息接收者中还是没有找到，则进入另一个方法的查找流程
  • 如果返回nil，则进入慢速消息转发
• 【慢速转发】执行到methodSignatureForSelector方法
  • 如果返回的方法签名为nil，则直接崩溃报错
  • 如果返回的方法签名不为nil，走到forwardInvocation方法中，对anInvocation事务进行处理，如果不处理也不会报错

方法调用流程

image

总结

至此，objc_msgSend发送消息的流程就分析完成了，我们可以得出整个方法调用的流程：

• 【快速查找流程】：在类的缓存cache中查找指定方法的实现
• 【慢速查找流程】：如果缓存中没有找到，则在类的方法列表中查找（二分查找），如果还是没找到，则去父类链的缓存和方法列表中查找
• 【动态方法决议】：如果慢速查找还是没有找到时，第一次补救机会就是尝试一次动态方法决议，即重写resolveInstanceMethod/resolveClassMethod 方法
• 【消息转发】：如果动态方法决议还是没有找到，则进行消息转发，消息转发中有两次补救机会：快速转发+慢速转发
• 如果转发之后也没有，则程序直接报错崩溃unrecognized selector sent to instance

缓存cache快速查找流程 --> 慢速查找流程 --> 动态决议方法resolveInstanceMethod --> 快速转发流程forwardingTargetForSelector --> 慢速转发流程（methodSignatureForSelector） --> resolveInstanceMethod --> forwardInvocation --> 崩溃报错

补充

hopper反汇编CoreFoundation系统库

查看崩溃时的堆栈信息，调用了CoreFoundation系统库的forwarding_prep_0 和 ___forwarding___方法，如下图

image

下载CoreFoundation源码，并没有找到这两个方法的实现，说明这块内容苹果并没有对外提供，只是开源了部分CoreFoundation源码

• 通过image list获取所有的镜像文件列表，找到CoreFoundation库的文件路径

image

• 通过objdump --macho --syms CoreFoundation | grep "forwarding" 查看 CoreFoundation库的符号表，发现___forwarding_prep_0___和____forwarding___都是本地符号

image

forwarding_prep_0方法

全局搜索__forwarding_prep_0___，发现只有一个，且会调用__forwarding__

image

____forwarding___方法

• 快速转发流程
  • 如果forwardingTargetForSelector方法没有实现，跳转 loc_115baf流程
  • 如果forwardingTargetForSelector方法的返回值是nil，跳转 loc_115baf流程

image

• 慢速转发流程

  • 如果methodSignatureForSelector没有实现直接跳转到loc_115f4a流程，最终会进入loc_115fc5流程
  • 如果methodSignatureForSelector返回值等于nil跳转到loc_115fc5流程
  • 如果methodSignatureForSelector返回了签名信息的对象，则会调用_forwardStackInvocation:方法，最后会执行forwardInvocation方法
    image

• 慢速流程如果没有实现的话，则会进入doesNotRecognizeSelector:方法

image

• doesNotRecognizeSelector主要就是对崩溃信息的处理，以及输出报错信息

image