作者：Damien，iOS 开发者。现在上任于携程。

Session：developer.apple.com/wwdc20/1016…

概述

Objective-C 是一门古老的语言，诞生于 1984 年，跟从 Apple 一路浮沉，见证了乔布斯创立了 NeXT，也见证了乔布斯重回 Apple 重创光辉，它用它特立独行的语法，堆砌了 U 3 f ( t 7 $ QIKix q ` ~ v zt，AppKit, Foundation 等一个个基石，时间来到 2020 年，面临汹9 7 m涌的”后浪” Swift，”老前辈” Objective-C 也在发挥着自己的余热，即使面临越来越多阵地失守，唯有“老兵不死，只会慢慢凋} j {亡”才干表现的悲凉。本年，Apple 给 Objective-C Ruf B U Lntime 带来了新的优化，接下来，让咱们深h 7 {入理解这些改变; | G b T W。

类数据结构改变

首先咱们先来了解一下二进制类在磁盘中的~ * H 7 ^ ~ ? A f表明

首先是类目标自身，包括最常拜访的信息：p ) r _ & | : 1 ]指向元类，超类和办法缓存的指针，在类结构之中有指向包括更多数据的结构体class_ro_t的指针，包括了R d Z ) g类的称号，办法，协议，实例变量等等编% P F R y i译期确认的信息。其间 ro 表明 reads # ~ 8 l $ only 的意思。

当类被 Runtim] 6 { T s 4e 加载之后，类的结构会产生| r – N Z = $ T一些改变，在了解这些改变之前，咱们需求知道2个概念：
**Clean Memory：**加载后不会产生更改的内存块，class_ro_t归于Clean Memory，由于它是只读的。
**Dirty Memory：**运行时会进行更改的内存块，: ~ F k f f J = :类一旦被加载，就会变成Dirty Memory，例如，咱们能够在 Runtime 给类动态的增加办法。

这里要清晰，Dir? ! x P r N u /ty Memory比Clean Memory要昂贵得多。由于它需求更多的内存信息，而且只要进程正在运行，就必须保留它。对于咱们来说，越多的Clean Memory显然是更好的，由于它能够节省更多的内存。咱们能够经过分离出永不更改的数据部分，将大多U @ 8 5数类数据保留为Clean Memory，怎么怎@ | 4 | q样做的呢？
在介绍优化办法之前，咱们先来看一下，在类加载之后，类的结构会变成怎么呢？! W n a / d

在类加载到 Runtime 中后会被分配用于读取/写入数据的结构体cl{ & ] ] w l G ass_rw_t。

Tips：clasx 2 , C r f M ys_ro_t是只读的，寄存的是编译期间就确认的字段信息；而class_rw_t是在 runtime 时才创立的，它会先将class_ro_t的内容拷贝一份，再将类的分类的特点、办法、协议等信息增加进去，之s : F v f所以要这么规划是由于 Ob– t ! * q 2 ( v Hjective-C 是动态语言，你能够在运行时更改它们办法，特点等，而且分类能够在不改变类规划的前g m S提下，将新办法增加到类中。

事实证明，class_rw_t会占用比class_ro_t占用更多的内存，在 iPhone 中，咱3 / ( g们在体系丈量了大约 30MB 的这些class_rw_t结构。应该怎么优化这些内存呢？经过R R 1丈量实践设备上的运用状况，咱们发现大约 10％ 的类实践会存在动态的更改行为，如2 9 P W z O动态增加办法，运用 Category 办法等。因而，咱们能能够把这部分动态的部分提取出来，咱们称之为class_rw_v A ` 3 ` e ext_t，所以，结构会变成这个姿态。

经过拆分，能够把 90% 的类优化为Clean Memory，在 I S Y v k B体系层面，获得作0 = F – n a a用是节省了大约 14MB 的内存，使内存可用于更有效的用处。

Tips：heap xxxxt ~ N b ^x | egrep 'class_rw|COUNT’ 你能够运用此指令来查看 class_rw_t 消耗的内存。xxxx能够替: ] q ^ B D X f换为需求丈量的 App 称号。如：heap Mail | egrep 'class_rw|COUNT’\'查看 Mail 应用的运用状况l o W `。

相对办法地址

现在，咱们来看看 Runtime 的第二处的改变，办法地址的优化。P F V I k 2 w
每个Z ) ? G j R n d类都包括一个办法列w } $ L # c表，以便 Runtime 能够查找和音讯发送。结构大概如下图所示：

办法包括了3部分的内容：

• Selector：办法称号或选择器。选择器是字符串，可是它5 T = U A u们是仅有的
• 办法类型编码：办法类型编码标识（概况能够查看参阅链接）
• IMP：办法完成的函数指针

在 64 位体系中，它们占用了 24 字节的空间

了解q P Y Q ! g 6 _ n了办法的结构之后，咱们来看下进程中内存的简h E D化视图

这是一个 64 位的地址空间，其间各种块别离表明了栈，堆以及各种库。咱们把焦点放在 AppKit 库中的init办法。

如图所示，图中的3个地址别离为办法的 3 个部分的表明的肯定地址，+ c {咱们知道，库的地址取决于动态链接库加载之后的方位，ASLR（Address space layout randomization 地址空间布局随机化）的存在，动态链接器需求批改真实的指针地址，这也是一种价值。由于办法完成地址不会脱离当时库的地址规模的特性存在，所以实践上，办法列表并不需求运用 64 位的寻址规模空间。他们只需求能够在自己p g t的库地址中查找引证函数地址即可，这些函数将一向在邻近。所h F ; [ O o (以咱们能够运用 32 位相对偏移来替代肯定 64 位地址。

现在咱们地址将变成这样

这么做有几个优点：

1. 不管将库加载到内存中的任何方位，偏移量一向是相同的，因而从加载后不需求进行批改指针地址。
2. 它们能够保存在只读存储器中，这会愈加的安全。
3. 运用 32 位偏移E * P ! : 3 : ~量在 64 位平台上所需的内存量削减了一s ` Q . O半。在 iPhone 中咱们能够节省约 40MB 的内存大小。

优化后，[ # t m指针{ P 9 t E – ) v所需的内存) R ; C H占用量能够削减一半。

相对办法地址会引发别的一个问题，那就是在Method Swizzling怎么处理呢？众所皆知，Method Swizzling替换的是 2 个办法函数指针指向，办法函数完成能够在任意当地完成，运用了相对偏移地址了之后& Y V %，这样就无法工作了。
针对Meth6 f W Sod Swizzling咱们运用大局映射表来处理这个问题，在映射表中维护H w W U j ~ ~ {S{ , | 9 * U - 6 Bwizzles办法对应的完B Z n = F成函数指针地址。由于Method Swizzling的v * K j ` 9操作并不常见，所以这个表不会变得很大，新的Method Swizzling机制如下图。

Tagged Poij u F R L – p nnter 格局的改变

接下来咱们会Z J t 3 { % 1深入了解 Tagged Pointl ier 在 ARM CPU 下的格局改变O H F Q 7
首先，让咱们先来了解下 Tagged Pointer 是什么
**Tagged Pointer：**一种特殊符号的目标，Tagg5 u Z E 1 R p 2 xed Pointer 经过在其最终一个 bit 位设置为特殊符号位，而且把数据直$ d 0 ; / P接保存在指针自身中。TaggeD R ~ k H W od Pointer 是一个”! c U n A {伪”目标，5 H u运用 Tagged Pointer 有 3 倍的拜访速度提高，100 倍的创立、销毁速/ = N K } Q度提高。

Tips：AdO d s ) H # r zvances in Objey K | & T J D cctive-C

在咱们查看目标指针时，在 64 位体系中，D H |咱们会看到 16 进制地址如0x00000001003041e0，咱们g e ` ~把它转换为二进制表明如下图

在 64 位体系中，咱们有 64 位E m S u r能够表明一个目标指针，可是咱们通常没有真实运用到所有这些位，由于内存对齐要求的存在，低位一向为0，目标必须一向坐落指针大小倍数的地址中。高位R x V 7 | F = ;也一向为0。实践上咱们仅仅用中心这一部分的位。

因而，咱们能够把最低位设置为 1，表明这个目标是一n V c M y个 Tagged Pointer 目标。设置为 0 则表明为正常的目标

在设置为 1 表明为 Tagged Pointer 目标之后，在最$ h r ) R e低位之后的B w _ 3 位，咱们给他赋予类型意义，由于只有 3 位，所以它能够表明 7O L x . 9 + 种数据类型

OBJC_TAG_NSAtom            = 0,
OB) = f G @ i % qJC_TAG_1                 = 1,
OBJC_TAG_NSString          = 2,
OBJC_TAG_NSNumber          = 3,
OBJC_TAG_NSIndexPath       = 4,
OBJC_TAG_NSManagedObjectID = 5,
OBJC_TAG_NSDa} Q # P wte            = 6,
OBJC_TAG_7                 = 7

在剩余的字段中，咱们能? o % ~ ?够赋予他所包括的数据。在 I p p P h 1 l & 1ntel 中，咱们 Tagged Pointer 目标的表明如下

OBJC_TAG_7类型的 Tagged Pointer 是个例外，它能够将接下来后 8 位作为它的扩展类型字段，基于Y r ; P S { 7 :此咱们能够多支k e O a X j A j V撑 256 中类型的 Tagged Pointer，如 UICo, a N $ –lors 或 NSIndexSets 之类的目标。

上文中，咱们介绍的是在 Intel 中 Tagged Pointer 的表明，在 ARM64 中，咱们状况有些改变。

咱们运用最高位代表 Tagged PointH I Z H o – +er 标识位，最f U n F ~ e低位 3 位标识 Tagged P3 ( d ; S # = `ointer 的类型，接下去的位来表明包括的数据（可能包括扩展类型字段），为什么咱们运用高位指示 ARM上 的 Tagged Pointer，而不是像 Intel 相同运用低位符号？

它实践是对 objc_msgSend 的细小优化。咱们期望 msgSend 中最常用的途径尽可能快。最常用的* $ 3途径表明普通目标指针。咱们有两种不常见的状况：Tagged Poin| D y z @ter 指针和 nil。事实证明，当咱们运用最高位时，能够经过9 ` _ J m (一次比较来查看两者。与别离查看 nil 和 Tagged Pointer 指针比较，这会为 msgSend 中的节省了条件分支。

总结

在 2020 年中，Apple 针对 Objective-C 做了三项优化

• 类数& , 9 p !据结构改变：节省了体系更多的内R Z &存。
• 相对办法地址：节省了内存，而且提高了性能。
• Taj @ =gged Pointer 格局的改变：提高了 msgSend 性能。k $ t w ) W U

经过优化，期望咱们能够享受 iPhone 更好，更快的运用体会。

Tips：
类结构的数据改变会在最新的Q N S G – p Runtime 版本中表现，实测 MacOS 10.5.5 中现已存在。
相对办法地址的优化在 Xcode developmentX d A B _ 1 TTarget > 14 时X ( _ @ P L会自W + n 0 6 E动e T s u b J ) Z进行处理。
Tagged Pointer 的改变则会在 iOS 14, MacOS Big Sur, iP0 2 i 7adOS 14 上生效。

参阅链接

TypeEncodeing

Lets builv z / w V ? Zd Tagged Pointers

Az $ o Q ! @ $ 3 Fdvances in Objective-C

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