iOS 底层原理探索 之 isa – 类的底层原理结构（中）

前言： iOS底层原理探究是本人在平时的开发和学习中不断积累的一段进阶之
路的不断探索之旅，希望能有帮助到各位读者朋友。
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目录如下：

1. iOS 底层原理探索 之 alloc
2. iOS 底层原理探索 之 结构体内存对齐
3. iOS 底层原理探索 之 对象的本质 & isa的底层实现
4. iOS 底层原理探索 之 isa – 类的底层原理结构（上）

写在前面

在之前的 iOS 底层原理探索 之 isa – 类的底层原理结构（上） 文章中，我们分析了isa的走位，以及类的继承的关系， 并且 结合isa和类的继承综合做了分析；再接着我们探索来类的底层结构，并且重点分析了class_data_bits_t bits，和其中的class_rw_t* data以及其内部的properties、methods、protocols 和 ro – ivars 并且验证了我们对于类方法存储在元类中的猜想是正确的。今天，我们继续探索类的底层原理结构之类的 cache。

cache 缓存的意思，那么，要么缓存方法，要么缓存属性。我们根据探索bits的节奏，也是通过内存平移来一步一步探索cache。 通过上一篇的总结，我们知道，偏移到bits是32字节，偏移到cache是16字节。

准备

IMP 与 SEL 的关系

• SEL ： 方法编号 （相当于书本中目录的名称）
• IMP ： 函数指针地址 （相当于书本中目录的页码）

首先，我们明白要找到书本中的什么内容 （SEL 目录里面的名称）；然后，通过名称找对应的页码 （IMP）；最后，通过页码去定位具体的内容。

cache_t 是什么数据结构

首先我们看下 cache_t的内存结构

从内存结构中并不能直接看到cache_t中的那个属性是我们想要的内容，那么，根据我们对于cache的了解， 要缓存方法或者属性，那么，一定会提供一些关于增删改查的方法，所以我们去看下cache_t所提供的方法，知道我们看到了有一个insert方法

不要犹豫，果断点进去看下实现

可以看到 insert 的过程中 对一个 bucket_t 的结构体做了操作。
接下来，我们就具体看下 bucket_t 的内容

果不其然，在bucket_t这里看到 sel 和 imp。

到这一步，我们简答总结下 cache_t的数据结构：

LLDB 验证 方法的存储

接下来，我们要做一下验证，来查看下里面的内容：

那么，我们可以让 SMPerson 的实例 p 执行一下实例方法

接着，再获取一遍cache_t中buckets()，我们发现还是没有内容

那么，同样的方法，我们再去buckets_t 里面查找看看相关的方法，
果然，找到了 熟悉的 sel() 和 imp()

那么，继续LLDB

cache_t 流程分析

首先cache_t 是一个结构体， _bucketsAndMaybeMask 是一个 uintptr_t 也就是 unsigned long， 其内部存储的是两部分数据正如其名字一样，是 buckets和maybeMask。

作为缓存，首先需要有写接着可以读。 所以 我们顺着思路找到cache_t的

insert()

void insert(SEL sel, IMP imp, id receiver);
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通过方法也可以明白，插入的是sel和imp到receiver中。

INIT_CACHE_SIZE 为 4

_maybeMask.store

类中的cache在实例调用方法的时候，就开始进行存储了，首先新创建一个容器 bucket，其中的imp不是直接存储，而是将8字节的地址指针存储器中。否则，会占用很大的内存空间。在需要读取类信息的时候，就顺着这个指针地址去找寻实现。这样，不至于每次读取类信息会很慢。

所以, 此时 occupied = 1, maybeMask = 3;

buckets是一个数组，插进来的数据存储到哪里，此时，并不知道，在这里会进行cache_hash算法,这样可以得到一个哈希地址。

cache_hash

接下来就开始寻找，在sel()不存在的时候，先对occupied++， 然后在 bucket_t–b 合适的位置中，将 sel imp cls() 插入进去。
如果 sel() 已经存在，那么就不在缓存。

incrementOccupied()

之后继续存储的时候,会判断是否超出了75%的容量，没有，正常存储；超出，则 判断 capacity存在后， 进行 2倍的 扩容操作(原来的 4 * 2 = 8， m = 8 – 1 = 7)。扩容后，会将，之前存储的内容一并清掉,只会有一个新存储的方法的sel imp。<重新开辟一个新的buckets, 将旧的bucket和capacity 内存地址 清空回收>

cache_fill_ratio

collect_free

为什么不直接追加，而是扩容后清空呢？

原来我们已经开辟的内存是无法改的，开辟新的内存空间后是一个新的地址，原来存储的值并不拿过来，是因为内存在数组平移的时候是十分耗费性能的，并且，苹果在底层的一个原则是越新越好。 在扩容时，之前调用的方法，再一次被使用的几率时很低的，然而，扩容之时的调用的那个方法，是很重要的，所以，系统会见只将扩容调用的那次做存储。

当然，我们可以作为探索，在扩容之后，再次调用之前的方法，发现，在cache中是会继续添加进来的；不过此时，是无序的因为上面的cache_hash算法。

最终 cache_t的流程

细节

_bucketsAndMaybeMask

bucket() 取值过程中，通过 _bucketsAndMaybeMask 的指针平移才可以获取其他的buckets();

bucket()

拿到 _bucketsAndMaybeMask 的地址，然后做 与 操作强转成 bucket_t *

bucketsMask 在不同架构下，值是不同的

CACHE_MASK_STORAGE