Runtime 运行时机制

问题

OC 的 Runtime 是什么？isa 指针、类对象（Class）、元类对象（Meta Class）之间的关系是什么？

答案

Runtime 概述

Objective-C 是一门动态语言，很多操作从编译时推迟到了运行时：

• 方法调用 → 消息发送：[obj method] 编译为 objc_msgSend(obj, @selector(method))
• 类型确定 → 运行时：对象类型在运行时通过 isa 指针确定
• 方法实现 → 可替换：Method Swizzling 可在运行时更换方法实现

isa 指针

每个 OC 对象的第一个成员变量都是 isa 指针：

isa 链路与 superclass 链路

• isa 链路（确定类型）：实例 → 类 → 元类 → 根元类（NSObject 的元类）→ 自身
• superclass 链路（继承关系）：子类 → 父类 → ... → NSObject → nil
• 特殊：根元类的 superclass 指向 NSObject 类对象（这就是为什么 NSObject 的实例方法可以被类方法调用到）

经典的 isa 与 superclass 关系图：

类对象存储内容

// objc_class 结构体（简化版）
struct objc_class {
    Class isa;                  // 指向元类
    Class superclass;           // 指向父类
    cache_t cache;              // 方法缓存
    class_data_bits_t bits;     // 指向 class_rw_t
};

// class_rw_t（read-write）
struct class_rw_t {
    const class_ro_t *ro;       // 只读数据
    method_list_t *methods;     // 方法列表（包含分类方法）
    property_list_t *properties;
    protocol_list_t *protocols;
};

// class_ro_t（read-only，编译时确定）
struct class_ro_t {
    const char *name;           // 类名
    method_list_t *baseMethods; // 原始方法列表
    ivar_list_t *ivars;         // 成员变量列表
    uint32_t instanceSize;      // 实例大小
};

Runtime API 常用操作

#import <objc/runtime.h>

// 获取类名
const char *name = class_getName([NSObject class]);

// 获取实例变量列表
unsigned int count;
Ivar *ivars = class_copyIvarList([UIView class], &count);
for (unsigned int i = 0; i < count; i++) {
    NSLog(@"%s", ivar_getName(ivars[i]));
}
free(ivars);

// 动态添加方法
class_addMethod([MyClass class],
                @selector(newMethod),
                (IMP)my_function,
                "v@:");

// 获取方法实现
IMP imp = class_getMethodImplementation([NSObject class],
                                         @selector(description));

// 判断是否响应某方法
BOOL responds = class_respondsToSelector([NSObject class],
                                          @selector(init));

Method Swizzling

在运行时交换两个方法的实现：

#import <objc/runtime.h>

@implementation UIViewController (Tracking)

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class cls = [self class];
        SEL originalSel = @selector(viewDidAppear:);
        SEL swizzledSel = @selector(tracking_viewDidAppear:);

        Method original = class_getInstanceMethod(cls, originalSel);
        Method swizzled = class_getInstanceMethod(cls, swizzledSel);

        // 先尝试添加（防止父类方法被影响）
        BOOL added = class_addMethod(cls, originalSel,
                                      method_getImplementation(swizzled),
                                      method_getTypeEncoding(swizzled));
        if (added) {
            class_replaceMethod(cls, swizzledSel,
                                method_getImplementation(original),
                                method_getTypeEncoding(original));
        } else {
            method_exchangeImplementations(original, swizzled);
        }
    });
}

- (void)tracking_viewDidAppear:(BOOL)animated {
    [self tracking_viewDidAppear:animated]; // 实际调用原始实现（方法已交换）
    NSLog(@"Page: %@", NSStringFromClass([self class]));
}

@end

Method Swizzling 注意事项

1. 必须在 +load 中执行（+initialize 可能不执行或多次执行）
2. 用 dispatch_once 保证只执行一次
3. 先 class_addMethod 再交换，避免影响父类
4. 命名加前缀防止冲突

关联对象

为已有类动态添加属性（Category 不能添加实例变量）：

#import <objc/runtime.h>

static const void *kAssociatedKey = &kAssociatedKey;

@implementation UIView (Badge)

- (void)setBadgeValue:(NSString *)badgeValue {
    objc_setAssociatedObject(self, kAssociatedKey, badgeValue,
                              OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC);
}

- (NSString *)badgeValue {
    return objc_getAssociatedObject(self, kAssociatedKey);
}

@end

关联策略枚举：

策略	等价属性修饰符
OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN	assign
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC	strong, nonatomic
OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC	copy, nonatomic
OBJC_ASSOCIATION_RETAIN	strong, atomic
OBJC_ASSOCIATION_COPY	copy, atomic

---

常见面试问题

Q1: 一个 NSObject 对象占多少内存？

答案：

NSObject *obj = [[NSObject alloc] init];
// 实际分配 16 字节（64位系统）
NSLog(@"%zd", malloc_size((__bridge const void *)obj)); // 16
// NSObject 只有一个 isa 指针（8字节），但内存分配最小 16 字节对齐
NSLog(@"%zd", class_getInstanceSize([NSObject class])); // 8

Q2: object_getClass(obj) 和 [obj class] 的区别？

答案：

• object_getClass(obj)：返回 isa 指向的类型。对于实例对象返回类对象，对于类对象返回元类
• [obj class]：返回类对象。对于实例对象和类对象都返回类对象（类方法 +class 是返回自身）

Q3: isKindOfClass 和 isMemberOfClass 的区别？

答案：

• isKindOfClass：判断是否是某个类或其子类的实例
• isMemberOfClass：判断是否是某个类的实例（不包含子类）

NSMutableArray *arr = [NSMutableArray new];
[arr isKindOfClass:[NSArray class]];     // YES（子类也算）
[arr isMemberOfClass:[NSArray class]];   // NO（不是 NSArray 本身）
[arr isMemberOfClass:[NSMutableArray class]]; // YES

Q4: 为什么 Method Swizzling 必须在 +load 而不是 +initialize 中？

答案：

• +load：类加载到内存时调用，每个类只调一次，且在 main 函数之前。子类、父类、Category 的 +load 都会调用
• +initialize：类第一次接收消息时调用，如果子类没实现会调父类的（可能多次触发），且可能永远不被调用

Swizzle 需要确保执行且只执行一次，+load + dispatch_once 是最安全的方式。

Q5: Runtime 在实际开发中有哪些应用？

答案：

1. 埋点/AOP：Method Swizzling hook 页面生命周期
2. JSON → Model：通过 Runtime 获取属性列表自动映射
3. 热修复：JSPatch 基于消息转发实现
4. Crash 防护：消息转发阶段拦截 unrecognized selector
5. 字典模型转换：MJExtension 等框架核心原理

相关链接

• Apple - Objective-C Runtime Programming Guide
• objc4 源码
• Objective-C Runtime Reference