面试题：在Objective-C运行时，如何利用属性和方法管理机制实现高效的消息转发与动态代理？

Question

结合Objective-C运行时机制中的属性与方法管理原理，详细说明如何设计并实现一个高效的消息转发系统，以及怎样利用这些机制构建动态代理，同时分析这两种应用场景下性能优化的要点。

Answer 1

设计并实现高效消息转发系统

1. 消息转发流程
   • 动态方法解析：当对象接收到无法识别的消息时，首先进入动态方法解析阶段。运行时会调用+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel（实例方法）或+ (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)sel（类方法）。在此方法中，可以通过class_addMethod动态添加方法实现。例如：

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(someUnrecognizedMethod)) {
        class_addMethod([self class], sel, (IMP)someFunctionImplementation, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}

- **备用接收者**：如果动态方法解析没有处理消息，进入备用接收者阶段。运行时会调用`- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector`。可以在此方法中返回能够处理该消息的对象。例如：

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if ([otherObject respondsToSelector:aSelector]) {
        return otherObject;
    }
    return nil;
}

- **完整消息转发**：若备用接收者也未处理，进入完整消息转发。运行时会调用`- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation`。在这个方法中，需要创建一个能够处理消息的对象，并将调用转发给它。例如：

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    id target = [self otherTarget];
    if ([target respondsToSelector:[anInvocation selector]]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:target];
    } else {
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}

2. 性能优化要点
   • 减少动态方法解析开销：尽量在初始化阶段或加载阶段就将可能需要动态解析的方法提前注册，避免运行时频繁动态添加方法。
   • 缓存备用接收者：对于固定的备用接收者，可以缓存其对象，避免每次都进行查找和判断。
   • 优化完整消息转发：在forwardInvocation中，尽量减少不必要的对象创建和消息转发逻辑的复杂度，快速定位并转发到正确的目标对象。

利用运行时机制构建动态代理

1. 构建原理
   • 使用objc_allocateClassPair创建一个新的类，作为代理类。例如：

Class proxyClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "MyProxyClass", 0);

- 通过`class_addMethod`为代理类添加需要代理的方法，并在方法实现中转发到目标对象。例如：

class_addMethod(proxyClass, @selector(someMethod), (IMP)proxyMethodImplementation, "v@:");

- 使用`objc_registerClassPair`注册代理类，并创建代理类的实例。例如：

objc_registerClassPair(proxyClass);
id proxy = [[proxyClass alloc] init];

2. 性能优化要点
   • 预定义代理方法：在创建代理类之前，预先确定需要代理的方法并一次性添加，避免运行时频繁添加方法。
   • 缓存目标对象：对于代理所指向的目标对象，进行缓存，避免每次代理方法调用时都重新查找或创建目标对象。
   • 减少动态创建开销：尽量复用已有的代理类和代理实例，避免重复创建代理类和实例带来的性能损耗。