objc4 方法缓存 cache_t / bucket_t 技术讲解
objc4 方法缓存 cache_t / bucket_t 技术讲解 本文基于当前仓库中的 runtime/objc-cache.mm、 runtime/objc-runtime-new.h、runtime/objc-runtime-new.mm 以及 cache flush 相关测试，说明 Objective-C runtime 如何把一次慢速方法查找变成后续的快速 objc_msgSend cache hit。 一、方法缓存的作用 Objective-C 消息发送以 (Class, SEL) 为核心输入。完整方法查找需要处理类实现、父类链、 动态方法解析、转发和分类变更等逻辑，代价高于一次普通函数调用。cache_t 是挂在每个 objc_class 上的 IMP cache，用 SEL 作为 key，缓存最终应该调用的 IMP。 加速热路径命中时 objc_msgSend 不进入 runtime 慢路径，直接由 bucket 中的 IMP 跳转。 缓存继承结果子类未实现某 selector 时，也可以把父类找到的 IMP 缓存在子类 cache 中。 支持动态变更分类加载、添加方法、交换实现等操作会触发 cache flush，避免继续调用旧 IMP。 cache 不是方法列表本身，也不是权威数据源。它是一个可丢弃、可重建的性能结构；扩容时甚至不会搬迁旧条目， 而是让后续消息重新填充热点 selector。 二、核心结构 bucket_t：一个 selector 到 IMP 的槽位 字段 _sel 保存 selector，_imp 保存编码后的 IMP。arm64 上 IMP 在前，其他架构通常 SEL 在前，以贴合汇编 fast path 和指针认证需求。 sel() 以 relaxed atomic 读取 selector。空槽的 selector 为 0。 imp(base, cls) 读取并解码 IMP。arm64e 可使用 ptrauth，部分配置使用 class 指针 XOR，未编码配置则直接返回。 set<Atomic, Encoded>() 写入一个 bucket。写入顺序被精心安排，保证无锁读取者不会看到“新 SEL + 旧 IMP”的错误组合。 cache_t：每个类上的哈希表 _bucketsAndMaybeMask 保存 buckets 指针，有些 64 位配置还把 mask 打包进高位；preoptimized cache 也用低位 marker 复用这个字段。 _mask / 内联 mask bucket 数量始终为 2 的幂，mask = capacity - 1，哈希后用按位与得到起始槽。 _occupied 已占用动态 bucket 数。插入成功后递增；换表时清零。 _flags 保存若干快速路径标记，例如 metaclass、C++ ctor/dtor、默认 alloc 或 RR 等，具体位定义在 objc-runtime-new.h。 关键方法 insert、eraseNolock、destroy、copyCacheNolock、maybeConvertToPreoptimized、preoptFallbackClass。 preopt_cache_t：dyld shared cache 预构建的常量 cache fallback_class_offset 预优化查找未覆盖时继续查找的类，相对当前 class 地址保存。 shift / mask 用于计算预优化 entries 下标。capacity() 返回 mask + 1。 occupied 预优化 cache 中的有效条目数量。 has_inlines 标记是否存在内联 selector；方法列表变更时需要更谨慎地禁用这类 cache。 entries[] 每项保存 selector offset 和 IMP offset，而不是直接保存完整指针。 三、实现原理 动态 cache 是一个开放寻址哈希表。cache_hash(sel, mask) 用 selector 地址和 mask 得到起始槽； 冲突时调用 cache_next 继续探测。不同架构的探测方向不同：部分架构递增并使用 end marker， arm64 递减并通过 mask 回绕。 ...