iOS关联对象技术原理

iOS 通过 runtime 的 API 可以给分类添加属性,关联属性总共有下边3个 API

///获取某个对象的关联属性
id objc_getAssociatedObject(id object, const void *key) {
    return _object_get_associative_reference(object, (void *)key);
}
///给某个对象添加关联属性
void objc_setAssociatedObject(id object, const void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {
    _object_set_associative_reference(object, (void *)key, value, policy);
}
///移除对象所有的关联属性
void objc_removeAssociatedObjects(id object)

通过 runtime 的源码可以看出关联属性并没有添加到 category_t(分类)里边,运行时也不会合并到元类对象里边,而是存储在一个全局的AssociationsManager 里边,下边是这个 AssociationsManager 包含的层级关系.

iOS关联对象技术原理

image.png

所有的关联属性 和 获取关联属性 移除关联属性都是通过一个 AssociationsManager来操作,类似于 OC 中 NSFileManager 的角色,通过传递进来的对象作为地址 取出这个对象所对应的关联列表,然后通过key 取出这个关联列表的关联属性 ObjcAssociation, ObjcAssociation 包含了关联策略 和 关联值.

下边我会通过解读源码 来分析AssociationsManager是如何要关联的值和对象建立联系的.

AssociationsManager 是一个 C++的类 用来进行对关联对象的属性添加 和 查找 移除等操作

class AssociationsManager {
    static spinlock_t _lock;
    static AssociationsHashMap *_map;               // associative references:  object pointer -> PtrPtrHashMap. 这个_ map 里边存储的有关联列表
public:
    AssociationsManager()   { _lock.lock(); }
    ~AssociationsManager()  { _lock.unlock(); }
    
    AssociationsHashMap &associations() { //可以看成是只初始化一次 类似与单例
        if (_map == NULL)
            _map = new AssociationsHashMap();
        return *_map;
    }
};

关联列表是一个 hashMap 类似于 OC 的 NSDictionary ,其中用 disguised_ptr_t 作为 key , ObjectAssociationMap * 作为一个 value

disguised_ptr_t 是 uintptr_t 的类型

intptr_t 和uintptr_t 类型用来存放指针地址。它们提供了一种可移植且安全的方法声明指针,而且和系统中使用的指针长度相同,对于把指针转化成整数形式来说很有用。

可以把disguised_ptr_t理解为一个指针类型的变量

   class AssociationsHashMap : public unordered_map {
    public:
        void *operator new(size_t n) { return ::malloc(n); }
        void operator delete(void *ptr) { ::free(ptr); }
    };

ObjectAssociationMap 也是一个 HashMap 存放的是 一个 void * key 就是关联属性时传进来的 key , ObjcAssociation 存放的关联属性策略和值的信息

    class ObjectAssociationMap : public std::map {
    public:
        void *operator new(size_t n) { return ::malloc(n); }
        void operator delete(void *ptr) { ::free(ptr); }
    };

ObjcAssociation 关联属性信息类 存放了关联策略 和 传递进来关联的值 id 类型

class ObjcAssociation {
        uintptr_t _policy;
        id _value;
    public:
        ObjcAssociation(uintptr_t policy, id value) : _policy(policy), _value(value) {}
        ObjcAssociation() : _policy(0), _value(nil) {}
        uintptr_t policy() const { return _policy; }
        id value() const { return _value; }
        
        bool hasValue() { return _value != nil; }
    };

下边是对 objc_getAssociatedObject , objc_setAssociatedObject , objc_removeAssociatedObjects 具体实现的分析

objc_setAssociatedObject 添加关联属性的 API

void _object_set_associative_reference(id object, void *key, id value, uintptr_t policy) {
    // retain the new value (if any) outside the lock.
   /// 旧的关联对象 因为关联属性时如果传 nil 可能会替换旧的关联属性 ,这就是移除某个关联属性时传 nil 的原因
    ObjcAssociation old_association(0, nil);
    id new_value = value ? acquireValue(value, policy) : nil;
    {
        AssociationsManager manager;
       ///获取关联属性列表 ,取出来的列表是以对象为单位的 ,即某个对象的关联列表 ,这样就可以单独的关联某个对象的关联属性 而不与其他对象隔离开
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations()); 
      /// 将要添加关联属性的对象产生一个内存地址 做 key 存储 它的关联属性
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
      /// 如果要关联的值不为空 ,不为空时 就需要判断这个属性和 key 是不是第一天添加 ,即  void *key, id value 都是第一次传递进来 
        if (new_value) {
            AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
           /// 根据这个对象取出的这个对象关联列表存在 
            if (i != associations.end()) {
               ///取出这个对象关联所有的属性列表 
                ObjectAssociationMap *refs = i->second;
               ///根据 可以 取出某个属性的关联字典 如果为空 就添加到关联字典里边 ,不为空就对旧值就行替换操作
                ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
                if (j != refs->end()) { ///取出来的字典不为空 
                    old_association = j->second; //取出旧值 后边对这个旧值进行 release 操作
                   ///将新值存放到 key 对应的字典中去 
                    j->second = ObjcAssociation(policy, new_value);
                } else { ///没有旧值直接将新值添加到字典里
                    (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
                }
            } else { 
                  如果 key 对象的字典不存在 就创建一个字典 (hashMap 类似于字典的功能,本文为了方便理解将它称为字典)
                ObjectAssociationMap *refs = new ObjectAssociationMap;
                associations[disguised_object] = refs; 
              ///将要关联属性和策略封装到一个ObjcAssociation类里边 并根据 key 添加到这个字典里
                (*refs)[key] = ObjcAssociation(policy, new_value);
                object->setHasAssociatedObjects();
            }
        } else {
          ///如果添加关联的属性为空时 就需要取出之前关联的值 并把它擦除掉 相当于removeObjectForKey 
        ///还是根据对象内存地址找到它的关联属性列表 ,然后通过 key 找到它关联属性的实体(ObjcAssociation这个类) 最后擦除掉 相当于 free 从内存中移除
            AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
            if (i !=  associations.end()) {
                ObjectAssociationMap *refs = i->second;
                ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
                if (j != refs->end()) {
                    old_association = j->second;
                    refs->erase(j);
                }
            }
        }
    }
    // release the old value (outside of the lock).
    if (old_association.hasValue()) ReleaseValue()(old_association);
}

objc_getAssociatedObject 关联对象取值的操作

id _object_get_associative_reference(id object, void *key) {
    id value = nil;
    uintptr_t policy = OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN; 
    {
      ///还是通过 AssociationsManager 找到所有关联对象类别 ,然后通过传入 object 找到某个对象的关联列表 ,然后通过 key 找到这个对象关联属性列表的某个实体(ObjcAssociation) 最后根据关联策略返回这个属性的值 
        AssociationsManager manager;
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
        if (i != associations.end()) { ///如果这个对象的关联列表存在
            ObjectAssociationMap *refs = i->second;
            ObjectAssociationMap::iterator j = refs->find(key);
            if (j != refs->end()) { ///如果对象关联列表的属性存在
                ObjcAssociation &entry = j->second;
                value = entry.value();
                policy = entry.policy();
                ///取出关联值和策略 发送消息 类似与 [obj retain]
                if (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_RETAIN) ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(value, SEL_retain);
            }
        }
    }
   /// 如果这个对象是延时释放的类型 类似与 OC Array String 这些不是 alloc 来的对象 都要执行 [obj autorelease]来释放 
    if (value && (policy & OBJC_ASSOCIATION_GETTER_AUTORELEASE)) {
        ((id(*)(id, SEL))objc_msgSend)(value, SEL_autorelease);
    }
    return value;
}

objc_removeAssociatedObjects 移除该对象所有的关联属性列表

void _object_remove_assocations(id object) {
    vector< ObjcAssociation,ObjcAllocator > elements;
    {
        AssociationsManager manager;
        AssociationsHashMap &associations(manager.associations());
        if (associations.size() == 0) return;
        disguised_ptr_t disguised_object = DISGUISE(object);
        AssociationsHashMap::iterator i = associations.find(disguised_object);
       ///如果这个对象有关联的属性列表 那么久便利它关联的属性列表 然后通过便利将这些关联内容 一个个从字典里边擦除  先擦除对象列表关联的属性列表 然后将这个对象关联属性的 hashMap 擦除掉 相当于 [dict removeAllObjects] 然后再从全局 AssociationsManager 移除 这个对象关联的字典 , 又相当于 从一个全局大字典里 把 dict这个对象的小字典 给移除了 
        if (i != associations.end()) {
            // copy all of the associations that need to be removed.
            ObjectAssociationMap *refs = i->second;
            for (ObjectAssociationMap::iterator j = refs->begin(), end = refs->end(); j != end; ++j) {
                elements.push_back(j->second);
            }
            // remove the secondary table.
            delete refs;
            associations.erase(i);
        }
    }
    // the calls to releaseValue() happen outside of the lock.
    for_each(elements.begin(), elements.end(), ReleaseValue());
}

以上代码看起来并不难 除了一些 C++ 语法难以理解外 也并不需要完全知道每行代码怎么实现 ,大概思路就是 通过全局大字典 ,找到某个对象相关的小字典 ,然后这个小字典里存放了 一个key 对应一个属性值,最后取出这个管理属性的策略和值

写到最后 AssociationsManager 这个类不是一个单例类

class AssociationsManager {

static spinlock_t _lock;

static AssociationsHashMap *_map; // associative references: object pointer -> PtrPtrHashMap.

public:

AssociationsManager() { _lock.lock(); } //默认无参构造函数 对象创建时自动调用 执行加 这样多个线程访问 _map 时不会出现问题

~AssociationsManager() { _lock.unlock(); } //析构函数 对象是否时候进行解锁的操作

///可以看做单例对象 在 AssociationsManager 创建时候 加锁 当 AssociationsManager 释放时候 解锁 ,防止多线程访问时候 对同一个 _map 多次创建 是一种懒汉模式单例

AssociationsHashMap &associations() {

if (_map == NULL)

_map = new AssociationsHashMap();

return *_map;

}

};

它里边有个 spinlock_t锁 对 _map 这个全局唯一的实例 进行加锁和解锁 ,由于懒汉模式的单例 需要在多个线程访问 _map 时候进行加锁保护

作者:大兵布莱恩特

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