1.WWDC20`runtime`对于类的数据结构的优化

引用作者Ben的原话：此次优化不需要改动任何代码，并且不需要学习新的API，运气好的话，什么都不需要做，你的app也会变得很快。是runtime关于内存的优化。

1.1 类的运行时数据结构的变化

在磁盘上，APP二进制文件中类对象本身的数据结构中包含了最常被访问的信息：指向元类、父类和方法缓存的指针，同时还有一个指向更多数据的指针，存储额外信息的地方叫做class_ro_t，Ro代表只读，里面包括类名称、方法、协议和实例变量的信息等，Swift类和OC来共享这一基础结构。

当类第一次从磁盘加载到内存中时，它们也是这样的，但是一经使用，它们就会发生变化，在了解变化之前，需要先了解Clean Memory和Dirty Memory的区别。

1.1.1 `Clean Memory`

Clean Memory是指加载后不会发生更改的内存。class_ro_t就属于Clean Memory，因为它是只读的。

1.1.2 `Dirty Memory`

Dirty Memory是指在进程运行时会发生更改的内存。当一个类首次被使用时，运行时会为它分配额外的存储容量class_rw_t，用于读写数据，class_rw_t就属于Dirty Memory。

Dirty Memory是这个类被分成两部分的原因，可以保持类加载后不会发生更改的数据越多越好，通过分离永远不会更改的数据，可以把大量的类数据存储为Clean Memory。

class_rw_t数据分析：

1. `First Subclass`、`Next Sibling Class`：运行时才会生成的新信息，通过使用`First Subclass`和`Next Sibling Class`指针将所有的类都链接成一个树状结构，这允许运行时遍历当前的所有类。
2. `Methods`、`Properties`、`Protocols`：当`category`被加载时，它可以向类中添加新的方法，而且程序员可以通过运行时API动态的添加他们。
3. `Demangled Name`：这个是只有Swift才会使用的字段，因为整个数据结构OC与Swift是共享的，但是Swift类本身并不需要这个字段，是为了有人要访问Swfit的OC名称的时候使用的，利用率比较低。
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特点：

内存中Dirty Memory比Clean Memory更多，只要进程在运行，它就一直存在。
Clean Memory可以从内存中移除，需要时再从磁盘中加载

1.1.3 `Dirty Memory`拆分优化方案

Dirty Memory会占用相当多的内存，但是有些部分只在运行时读写数据才需要，大约只有10%的类真正地更改了他们的方法、属性、协议，而且只有Swift类会使用Demangled Name字段，所以，我们可以拆分那些平时不用的部分为class_rw_ext_t，这可以将class_rw_t的大小减少一半，对于那些确实需要额外信息的类，可以分配这些扩展记录中的一个,并将它滑到类中供其使用（大约90%的类不需要这个扩展）。这样可以提升空间利用率。

1.1.4 通过终端实际验证微信和`keynote`的`class_rw_t`占用的内存

// 微信
heap WeChat | egrep 'class_rw|COUNT'
// Keynote
heap Keynote | egrep 'class_rw|COUNT'
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微信验证结果：

Keynote验证结果：

数据分析：

微信：class_rw_t占用内存192064字节，class_rw_ext_t占用内存21120字节，class_rw_ext_t仅为11%。
Keynote：class_rw_t占用内存256000字节，class_rw_ext_t占用内存38880字节，class_rw_ext_t仅为15%。

结论:
从上面的验证结果来看，class_rw_ext_t的需求量确实不高，这样的拆分特别有意义，最大程度的保证了内存使用效率。

2.成员变量和属性的区别

成员变量存储于class_ro_t中。

图解：

示例代码：

@interface XJPerson : NSObject
{
    NSString *_nickName;
    NSString *_hobby;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@property (nonatomic, assign) NSInteger age;

@end

@implementation XJPerson

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        XJPerson *person = [XJPerson alloc];
        NSLog(@"%@", person);
        
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}
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通过clang编译成.cpp文件查看

clang -rewrite-objc main.m -o main.cpp
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图解：

从.cpp文件中可以看出类被编译成了结构体，@property声明的属性被注释了，同时以_ + 属性名的方式生成成员变量，添加进了成员变量中，并且还默认生成了getter和setter方法。

结论：

属性在底层编译阶段会变成_ + 属性名的成员变量。
属性默认会自动生成getter和setter方法。

3.`Type Encodings`

Type Encodings官方文档

.cpp文件方法列表中，每个方法都会有Type Encodings，按照上表可以很清楚的理解各个方法Type Encodings的意思。

Type Encodings解析.jpeg

4. 属性的`setter`方法深入解析

细心的你应该已经发现了上面.cpp源码里name的setter方法和age的setter方法的不同之处，name的setter里面调用了void objc_setProperty (id, SEL, long, id, bool, bool)函数，而age的setter方法却是直接赋值给首地址加上成员变量age的地址偏移量。下面就探究下为什么会有这种分别。

代码示例：

@interface XJPerson : NSObject
{
    NSInteger _age;
    NSString *_hobby;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@property (nonatomic, strong) NSString *address;

@property (atomic, copy) NSString *nickName;

@property (atomic, strong) NSString *tel;

@property (nonatomic) NSObject *obj;

@property (atomic) CGFloat height;

@end

@implementation XJPerson

@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        
        XJPerson *person = [XJPerson alloc];
        NSLog(@"%@", person);
        
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}
复制代码

编译成.cpp文件，查看属性的setter方法：

4.1 非`copy`修饰的属性的`getter`和`setter`方法的原理

在OC底层原理初探之对象的本质（三）alloc探索下这边文章里曾经分析过对象的getter/setter方法是通过对象首地址 + 内存平移的方式找到对象成员变量的内存地址，然后进行读值和取值。

getter方法图解：

setter方法图解：

4.2 `copy`修饰的属性的`setter`方法的深入解析

copy修饰的属性的getter方法与非copy修饰的属性没有什么区别，但是setter方法却调用了objc_setProperty(id, SEL, long, id, bool, bool)函数，在objc4-818.2源码里搜索此函数，发现函数对copy修饰的属性进行了相关的copy处理。

图解：