面试题：Objective-C运行时Selector与IMP的深度理解及复杂场景应用

Question

假设你正在开发一个高性能、高并发的Objective-C应用，其中涉及到大量的动态方法调用。请详细说明在这种复杂场景下，Selector的缓存机制如何影响性能，以及如何利用IMP的特性来优化动态方法解析过程，以避免潜在的性能瓶颈和线程安全问题。

Answer 1

Selector的缓存机制对性能的影响

1. 缓存原理：在Objective-C中，每个类都有一个方法缓存（method cache），它是一个哈希表。当通过selector查找IMP（方法实现指针）时，首先会在缓存中查找。如果在缓存中找到对应的IMP，则直接调用，这大大节省了方法查找的时间。
2. 性能提升：对于高并发且大量动态方法调用的场景，缓存命中时可以避免在整个方法列表中线性查找IMP，从而显著提升性能。因为动态方法调用本身涉及到在类的方法列表甚至父类的方法列表中查找，缓存机制减少了这种查找的开销。
3. 缓存失效影响：然而，如果缓存未命中，就需要遍历类及其父类的方法列表来查找IMP，这会产生较大的性能开销。特别是在高并发环境下，多个线程同时进行方法调用，频繁的缓存失效会导致性能下降。

利用IMP的特性优化动态方法解析

1. 提前缓存IMP：在应用启动阶段或合适的初始化时机，通过class_getMethodImplementation等函数获取常用动态方法的IMP，并将其缓存起来。这样在实际调用时，直接使用缓存的IMP，避免动态方法解析过程。例如：

// 获取IMP
IMP imp = class_getMethodImplementation([MyClass class], @selector(myDynamicMethod));
// 缓存IMP，比如使用一个全局字典
NSMutableDictionary *impCache = [NSMutableDictionary dictionary];
[impCache setObject: imp forKey: @selector(myDynamicMethod)];
// 调用时
void (*func)(id, SEL) = (void *)imp;
func(self, @selector(myDynamicMethod));

2. 减少动态解析次数：在动态方法解析的+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel方法中，尽量只在第一次解析时进行实际的方法解析操作，并将解析得到的IMP通过class_addMethod添加到类中。这样后续调用相同selector时，缓存就会命中。例如：

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(myDynamicMethod)) {
        IMP imp = imp_implementationWithBlock(^(id selfObject) {
            // 方法实现代码
        });
        class_addMethod(self, sel, imp, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

3. 线程安全措施：
   • 使用锁：在涉及到IMP缓存或动态方法解析的关键代码段，使用锁（如NSLock、dispatch_semaphore等）来保证线程安全。例如，在更新IMP缓存字典时加锁：

NSLock *cacheLock = [[NSLock alloc] init];
// 更新缓存
[cacheLock lock];
[impCache setObject: newImp forKey: newSelector];
[cacheLock unlock];

- **读写锁**：如果缓存主要是读操作，可以使用读写锁（如`pthread_rwlock`），允许多个线程同时读缓存，但写操作时需要独占锁，以避免数据竞争。
- **线程本地存储**：对于`IMP`的缓存，可以考虑使用线程本地存储（`Thread - Local Storage`，如`pthread_key_create`），每个线程有自己独立的缓存副本，这样可以避免多线程竞争问题。