面试题：Objective-C对象创建与销毁过程中的runtime机制深度剖析

Question

在Objective-C对象的创建与销毁过程中，runtime起到了关键作用。请详细说明runtime是如何参与对象的创建，包括类的加载、元类的作用等，以及在对象销毁时runtime所执行的底层操作。同时，如何利用runtime机制优化对象创建与销毁的性能？

Answer 1

对象创建过程中runtime的作用

1. 类的加载

   • 在程序启动时，runtime会进行类的加载。它会从可执行文件和动态链接库中读取类的相关信息，包括类的定义、属性、方法列表等。例如，objc_class结构体包含了类的基本信息，runtime通过解析这些数据结构来加载类。
   • 类的加载过程还涉及到类的依赖关系处理，runtime会确保父类先被加载，然后再加载子类，以保证类的继承体系完整。比如，若有一个SubClass继承自SuperClass，runtime会先加载SuperClass，再加载SubClass。

2. 元类的作用

   • 元类（meta - class）在runtime中是用于存储类方法的地方。每个类都有一个对应的元类。例如，对于一个普通类MyClass，MyClass的实例方法存储在MyClass类对象的methodLists中，而MyClass的类方法（如+ (void)classMethod）则存储在MyClass对应的元类的methodLists中。
   • 元类在消息发送机制中也起着关键作用。当向一个类发送类方法消息时，runtime首先会在该类对应的元类中查找方法实现。例如，当执行[MyClass classMethod]时，runtime会到MyClass的元类中查找classMethod的实现。

3. 对象创建的具体过程

   • 当使用alloc方法创建对象时，runtime首先会根据类的信息计算对象所需的内存大小。这包括实例变量占用的空间以及一些额外的开销（如对象的引用计数等）。
   • 然后，runtime会向系统申请一块足够大小的内存来存储对象。例如，对于一个包含几个int和NSString *类型实例变量的类，runtime会计算出这些变量以及其他必要信息总共需要的内存字节数，并分配相应的内存。
   • 接着，runtime会对分配的内存进行初始化，将对象的引用计数设置为1（在ARC环境下有不同的处理方式，但基本概念类似），并将实例变量初始化为默认值（如int类型初始化为0，指针类型初始化为nil）。最后返回一个指向该对象内存地址的指针。

对象销毁时runtime的底层操作

1. 引用计数处理
   • 在MRC（手动引用计数）环境下，当对象的引用计数减为0时（通过release方法），runtime会开始销毁对象。在ARC（自动引用计数）环境下，编译器会在适当的位置插入引用计数操作代码。
   • runtime会检查对象的引用计数是否为0。如果为0，它会释放对象占用的内存。例如，对于一个NSString对象，当引用计数变为0时，runtime会释放该NSString对象所占用的堆内存。
2. 调用析构函数
   • 在释放对象内存之前，runtime会调用对象的析构函数（dealloc方法）。在dealloc方法中，可以进行一些资源清理操作，如释放分配的文件句柄、关闭网络连接等。例如，如果一个对象在初始化时打开了一个数据库连接，在dealloc方法中需要关闭这个数据库连接。
   • dealloc方法会递归地调用父类的dealloc方法，以确保整个继承体系中的资源都能被正确清理。例如，若SubClass继承自SuperClass，SubClass的dealloc方法在执行完自身的清理操作后，会调用[super dealloc]来清理SuperClass中的资源。

利用runtime机制优化对象创建与销毁的性能

1. 对象创建优化
   • 缓存重用：可以利用runtime的缓存机制。例如，runtime有方法缓存，对于频繁调用的方法，会将其缓存起来。在对象创建时，可以考虑复用一些常用的对象结构或者缓存已创建的对象。比如，在一个频繁创建和销毁NSString对象的场景中，可以使用NSMutableString并通过setString:方法来复用对象，而不是每次都创建新的NSString对象。
   • 减少不必要的属性：通过runtime查看类的属性列表，减少对象中不必要的属性。属性越多，对象创建时计算内存大小和初始化的开销就越大。例如，如果一个类中有一些很少使用的属性，可以考虑将其移除或者采用懒加载的方式。
2. 对象销毁优化
   • 及时释放资源：在dealloc方法中，确保及时释放资源。避免在dealloc方法中进行复杂的操作，因为dealloc方法执行时，对象已经处于即将被销毁的状态，过多复杂操作可能影响性能。例如，如果对象持有一个大的图片数据，在dealloc方法中应尽快释放该图片占用的内存。
   • 优化引用计数管理：在MRC环境下，准确管理引用计数，避免过度释放或提前释放。在ARC环境下，虽然编译器自动管理引用计数，但了解其原理有助于优化代码结构。例如，合理使用weak和strong等修饰符，避免循环引用导致对象无法及时销毁。如果存在循环引用，对象的引用计数永远不会变为0，从而无法被销毁，造成内存泄漏。通过使用weak修饰符打破循环引用，可以使对象在不再被强引用时及时被销毁。