前言

在之前的探索中，我们探索了类的结构，从源码的角度我们可以看到

其中的Class isa、Class superclass、class_data_bits_t bits我们在之前已经进行过分析，今天我们就来探索下剩下的这个cache_t cache。

cache_t的结构初探

cache_t cache顾名思义，是用来存放缓存的地方。那么他到底缓存的是什么东西呢？继续从源码的角度开始我们的探索

我们可以看到，cache_t是一个结构体，其中包含一个uintptr_t泛型类型的_bucketsAndMaybeMask和一个联合体，联合体中又包含了一个结构体和一个preopt_cache_t *泛型类型的_originalPreoptCache。

_bucketsAndMaybeMask

从源码中我们可以看到，_bucketsAndMaybeMask是一个uintptr_t泛型类型的数据结构，我们可以简单里的理解为就是uintptr_t类型的，而我们看下uintptr_t的定义

#ifndef _UINTPTR_T
#define _UINTPTR_T
typedef unsigned long           uintptr_t;
#endif /* _UINTPTR_T */
复制代码

实际上我们可以粗略的认为这就是一串数字，而这串数字里面存储了什么呢？继续看下面的源码

在不同的架构里面，_bucketsAndMaybeMask存储的东西并不一样，在 CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_OUTLINED时，_bucketsAndMaybeMask实际上就是一个buckets_t的指针，而在CACHE_MASK_STORAGE == CACHE_MASK_STORAGE_HIGH_16_BIG_ADDRS时，_bucketsAndMaybeMask中存在一个混合的数据，其中低48位存储的是buckets_t的指针，而高16位存储的是_maybeMask的值。

1. 架构区分

看到这么多的if-else我们就想去探索下他们所指的到底是什么，在源码中查找后，原来他们代表不同的机器架构，具体如下

2.不同架构下的_bucketsAndMaybeMask

在源码中，我们看到了在不同的架构下，_bucketsAndMaybeMask中存储的东西并不一样，他们之间的关系，我们可以粗略的以下图概括

buket_t(简称筒子)

我们在上面的_bucketsAndMaybeMask结构中发现，他最主要的作用是存储buckets，那么这个buckets又是什么东西呢？查找源码发现

实际上是一个指向bucket_t的指针，再来看看bucket_t

我们惊喜的发现了我们熟悉的SEL和imp的存在。

LLDB探索cache_t

从源码的层面上，我们基本上找到了我们想要的东西，也就是cache_t里面存储的SEL和imp。下面我们从LLDB的角度来继续探索，继续掏出我们的DMPeron

并在方法调用前，分别打上断点，然后我们就要开始咯~

断点分析

• 首先我们进入第一个断点，这个时候我们什么方法都还没开始调用

• 接下来我们进入第二个断点，这个时候[p1 say1]、[p1 say2]都调用完毕，继续来看看内存中的数据

调用了两个方法，发现_occupied = 2、_maybeMask = 3（这里我用的是inter芯片的电脑）。然后继续去获取buckets，在首地址也就是0号位置，我们打印出了空，因为是buckets所以，继续往后获取1号和2号位置，我们找到了我们调用的方法say1、say2。

• 再看第三个断点，这时候[p1 say1]、[p1 say2]、[p1 say3]、[p1 say4]都已经调用完毕，猜想我们能在buckets里面找到他们，继续调试

我们发现，并没有找到我们的say1和say2，并且_maybeMask = 7、_occupied还是等于2。

问题汇总

在上面的实验中，我们发现了几个问题

1. _maybeMask和_occupied的作用是什么？
2. 方法的存储为什么不是顺序的？
3. 为什么调用say3、say4后就知道不到say1、say2了?

cache_t结构再探

通过查看LLDB中cache_t所存储的内容，我们找到了一些问题，下面我们就带着问题，继续去源码中寻找答案，既然这些问题都与cache_t结构有关，那么我们就去里面寻找我们想要的答案。cacht_t我们知道这是一个缓存，那么既然是缓存，肯定是要读取和写入的，我们来到源码中开始寻找相关的方法。

insert方法

在源码中，我们找到了一个叫做insert的方法，接受的参数分别是sel、imp、receiver。看起来似乎这就是我们要寻找的写入缓存的方法，看看他的实现

初始化容器

方法比较长，我们先看前面部分，进到方法后，先获取occupied并且给他加1，因为我们是在工程里面首次调用DMPerson的方法，因此occupied = 0,生成的newOccupied = 1。接下来获取capacity,我们点进去这个方法看下

unsigned cache_t::capacity() const
{
    return mask() ? mask()+1 : 0; 
}

mask_t cache_t::mask() const
{
    return _maybeMask.load(memory_order_relaxed);
}
复制代码

发现实际上就是获取_maybeMask的值，如果不为0，则+1。同样因为之前没有调用方法，所以这里oldCapacity = 0,并且在下面的if-else中会执行reallocate方法中，其中capacity是一个常量，我们可以看到INIT_CACHE_SIZE = 4。再看看reallocate方法

很明显，这个方法的作用是初始化一个新的buckets并且在freeOld = true的时候释放旧的buckets。最重要的方法就是setBucketsAndMask，继续往里面追踪，

由于使用的是inter芯片的mac电脑，所以只看红框部分，这里是将newBuckets设置进了_bucketsAndMaybeMask,同时将newMask也就是4-1 = 3设置进了_maybeMask，_occupied = 0。很明显这一部分内容就是将我们创建的容器进行初始化。这里也对我们上面问题1进行了解答，_occupied实际上就是cache中缓存方法的个数，而_maybeMask就是缓存容器的最大容量。

数据插入

继续看下面的代码，初始化完容器后，自然是要进行插入流程

首先先获取了我们初始化的buckets的首地址指针。接着通过cache_hash函数来计算出我们的数据需要插入的初始下标，在这里我们算出来的begin = 1

其实就是一个算法mask ^ sel。算出初始下标后，进入下面的do-while循环中。

1. 获取buckets中对应下标位置的内存空间，看是否有sel占用位置，如果没有，则直接将数据插入到该位置，并且_occupied的值加1
2. 如果存在，这直接进入while的条件，i通过cache_next函数进行再哈希，并且算出的结果不等于bengin循环继续。

我们再来看看cache_next函数

如果是我们目前的inter芯片的mac电脑环境，则直接i+1 &mask，如果是真机环境，则是i ? i-1 : mask。这里就解释了我们的问题2，因为是通过哈希函数进行下标计算存储，所以存储的数据是无需且不连续的。

扩容

我们say1方法的流程至此已经全部走完，可以看到容器的最大存储个数是3个，所以当存储空间不够的时候，必然会出现扩容的存在，因此我们看看再次插入的时候，会出现什么情况

我们可以看到，当新插入的数据满足某个条件的时候，则什么也不做，直接进行插入，否则容量会进行二倍的扩容，那么这个条件，可以看到是这样的

• 在inter芯片的mac电脑上，newOccupied + 1小于等于满容量的3/4时，不进行扩容。
• 在真机/M1电脑的环境下，newOccupied 小于等于满容量的7/8时，不进行扩容。

我们使用的是inter芯片的mac电脑，所以当插入第三个数据，也就是say3的时候，会进行扩容处理。

可以看到，扩容处理实际上就是新建了一片新的内存空间，容量是之前的两倍，并且将之前旧的内存空间释放，所以问题3的答案我们也找到了，当调用say3时，会进行扩容处理，并将之前的缓存给释放掉，所以找不到say1、say2方法的缓存了。

cache_t结构总结

我们通过源码和LLDB代码调试相结合，基本上将cache_t的结构给探索明白了

• _bucketsAndMaybeMask的作用主要是存放buckets也就是我们的存储容器的地址，同时在不同的架构中，还可能会存放_maybeMask这个数据。
• _maybeMask是我们容器的最大可存储值
• _occupied是缓存中缓存的方法的数量

同时我们还研究了一下数据插入的流程，当插入的数据大于满容量的3/4(真机是7/8)时，会对容器进行扩容处理，并且将旧的缓存给释放掉。在这里我们只研究了插入的过程，那么读取的过程，我们在下个篇章继续探索。