Block底层分析

• block简介

  Block块是封装工做单元的对象，是能够在任什么时候间执行的代码段。其本质上是可移植的匿名函数，能够做为方法和函数的参数传入，能够从方法和函数中返回。—（翻译自官方文档）

  块是对C语言的一种扩展，它并未做为标准的ANSI C所定义的部分，而是有苹果公司添加到语言中的。块看起来更像是函数，能够给块传递参数，块也能够具备返回值。

• block类型

  • __NSGlobalBlock__全局block，存储在全局区

    先看以下代码 发现就是简单的声明一个block,block没有入参，没有block内部代码块只是简单的打印没有引用外界变量，则此时的block类型是__NSGlobalBlock__

  • __NSStackBlock__栈区block

    在外界变量没有处理以前此时的类型是__NSStackBlock__，外界变量处理以后底层会对block进行拷贝从栈区拷贝到堆区。在ARC下，编译器作了不少的优化，每每看不到本质，上面的代码输出结果找不到，由于编译器对__NSStackBlock__自动进行了copy操做。改成MRC就能够看到不论是否对变量进行处理都会打印__NSStackBlock__

    改成MRC方法： Build Settings 里面的Automatic Reference Counting改成NO。

    固然也能够用__weak修饰block,不作强引用同样不会copy因此此时打印的block仍是栈区block

  • __NSMallocBlock__堆区block

    栈区block底层拷贝以后变成堆区block

• block本质

  • 编译后的代码探索

    首先写一个简单的block而后查看编译后的代码 发现底层是将__main_block_impl_0函数地址赋值给了block此时咱们再看__main_block_impl_0的结构 从这里能够发现block本质其实就是一个结构体，结构体中又存在着isa,也能够说block本质就是一个OC对象，一个封装了函数调用以及函数调用环境的OC对象
    从结构体中也看到了函数的赋值，这也说明了为何block须要调用后才会执行代码块，应为在底层只是函数指针的赋值，并无主动调用。 编译后的代码咱们也能够看出在调用的时候是调用的FuncPtr，并将block做为入参传递

• block如何捕获变量

  上文分析本质的时候写了一个简单的block没有任何入参，也没有使用外界变量，再写一个使用外界变量的block,看看底层block如何使用这些外界变量的，在外界定义一个变量a,而后在代码块中打印a,查看编译后的代码：

  • 总结

    发现底层block结构体中多了一个同名的参数，初始化的时候将外界的变量赋值给这个同名变量，其中局部变量会生成一个变量进行值拷贝，全局变量不捕获变量直接使用外界变量，静态变量是是有一个同名变量指针，是指针拷贝

• __block原理

  block代码块中直接修改外界没有使用__block修饰的变量时回报以下错误 此时咱们在使用__block修饰发现没有报错而且修改为功 经过clang查看编译后的代码 发现编译后a此时取得是地址不仅仅是简单的数值而且被转换成了__Block_byref_a_0类型 经过编译后的代码发现__Block_byref_a_0是一个结构体，而后block的结构体同时也多了一个__Block_byref_a_0类型的指针因此底层a是指针复制也就是和外界的a变量指向了同一片内存地址，因此此时使用__block修饰的变量可以修改为功

• block真正的类型Block_layout

  • 经过代码调试找到block的真正类型

    经过汇编跟踪发现首先声明block的时候首先会走到objc_retainBlock方法中去如图此时咱们下一个符号断点objc_retainBlock,发现objc_retainBlock方法里面会跳转到_Block_copy方法中去，此时断点继续往下跟发现第一次会走进libobjc.A.dylib库中的_Block_copy方法，方法内部呢又跳转了一个_Block_copy方法，一样的继续往下跟发现走进了libsystem_blocks.dylib库中的_Block_copy方法，此时咱们再冲源码中找block的真正类型发现block的真正类型是Block_layout

  • Block_layout源码探索

    经过源码发现底层就是一个结构体如图 flags标识说明
    • 第1位 - BLOCK_DEALLOCATING，释放标记，-般经常使用BLOCK_NEEDS_FREE作位与操做，一同传入Flags，告知该block可释放。
    • 低16位 - BLOCK_REFCOUNT_MASK，存储引用计数的值;是一个可选用参数
    • 第24位 - BLOCK_NEEDS_FREE，低16是否有效的标志，程序根据它来决定是否增长或是减小引用计数位的值;
    • 第25位 - BLOCK_HAS_COPY_DISPOSE，是否拥有拷贝辅助函数(a copy helper function);
    • 第26位 - BLOCK_IS_GC，是否拥有block析构函数;
    • 第27位，标志是否有垃圾回收;//OS X
    • 第28位 - BLOCK_IS_GLOBAL，标志是不是全局block;
    • 第30位 - BLOCK_HAS_SIGNATURE，与BLOCK_USE_STRET相对，判断当前block是否拥有一个签名。用于 runtime 时动态调用。
    descriptor说明：
    block的附加信息，好比保留变量数、block的大小、进行copy或dispose的辅助函数指针。有三类
    • Block_descriptor_1是必选的
    • Block_descriptor_2 和 Block_descriptor_3都是可选的
    再看Block_descriptor_2和Block_descriptor_3的构造函数 发现都是经过Block_descriptor_1的内存地址平移得来

• block三层拷贝分析

  注意：能出发三层拷贝的状况是，在block中捕获用__block修饰的对象的时候出发

  • 第一层拷贝_Block_copy

    这一层拷贝主要是将block从栈区拷贝到堆区 源码也比较简单，主要分为如下几个步骤
    1. 首先判断入参是否为空是空则返回空
    2. 判断block是否须要释放，须要则不拷贝
    3. 判断是否为全局block是则不拷贝
    4. 最后则是栈区block,首先第一步就是开辟内存空间
    5. 而后就是内存拷贝，将aBlock拷贝到result
    6. 最后就是简单的赋值操做而后返回result

  • 第二层拷贝_Block_byref_copy

    主要针对外界变量使用__block修饰的时候拷贝成Block_byref结构体 从下文中的_Block_object_assign源码分析知道若是是__block修饰的对象会交给_Block_byref_copy去处理此时咱们再看_Block_byref_copy的源码 从改源码中就能够看到为何使用__block修饰的变量在block中可以直接修改对应的值，我看再看编译后的代码发现用__block修饰的对象转换成__Block_byref_person_0类型再看__Block_byref_person_0结构体 发现多了两个函数__Block_byref_id_object_copy和__Block_byref_id_object_dispose，暂时不知道多的这两个函数是怎么用的，这时候咱们再回到源码先看Block_byref结构体 发现一个普通的Block_byref结构中是没有这两个函数的，可是Block_byref_2恰好存在着两个函数分别是copy和dispose，再看_Block_byref_copy函数的源码发现若是存在copy和dispose方法的时候会有调用copy方法，这里再回到编译后的代码上看copy的实现 发现又是调用的_Block_object_assign方法，此时传入的就是普通的对象交给系统arc去处理，而后作一个指针拷贝，至此这一层拷贝就找到了

  • 第三层拷贝_Block_object_assign

    先看编译后的源码 发现有两个方法__main_block_copy_0和__main_block_dispose_0方法里面的实现分别调用的是_Block_object_assign和__main_block_dispose_0，冲源码中也能够知道这两个方法分别对应着Block_descriptor_2中的copy和dispose此时咱们再看_Block_object_assign的源码实现 经过源码发现最主要的步骤有三种
    1. 判断若是是简单的普通对象类型则交给arc去处理
    2. 若是是block类型则交给_Block_copy去处理
    3. 若是是使用__block修饰的对象则交给_Block_byref_copy去处理该方法的源码分析可看面内容

• block循环引用

  • 形成循环引用的缘由

    形成循环引用的根本缘由就是相互持有都不能释放，好比当前类本身有个block，而后还有个属性name若是在block中使用name，那么在block中就会只有当前这个对象（上文中也分析过了，此状况，block内部结构体会添加一个一样的对象作持有当前对象，底层传入普通对象会进行指针拷贝而且引用计数加一）这就形成了相互持有循环引用。

  • 循环引用解决办法

    • **__weak、__strong结合使用 **
      • 若是是简单的block中须要使用self中的属性直接使用__weak就能够了，这样两个指针都指向同一片内存地址可是使用__weak修饰不会形成引用计数加一。
      • 若是是block中又嵌套block的状况

        __weak typeof(self) weakSelf = self;
        self.tdBlock = ^(void){
            __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
            dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
                NSLog(@"%@",strongSelf.name);
            });
        };
        self.tdBlock();
        复制代码

        这个状况外面同样的使用__weak去修饰，可是在第一个block里面在使用__strong去修饰。应为__strong修饰的变量在代码块中是个局部变量，因此block代码执行完成以后会自动释放，因此不会形成循环引用，为何要在block中在使用__strong修饰呢？主要是应为里面的block是一个延时操做若是不是用__strong修饰那么执行完析构函数weakSelf就变成nil了，因此在嵌套的block,中拿到的weakSelf，就是nil,此时在使用__strong是为了延长weakSelf声明周期，让其在嵌套的block执行完成以后再销毁
    • __block修饰变量
      使用__block修饰是利用了在block内部能够修改变量的值的属性，一样的在定义block的时候self的引用计数会加一，可是在使用完成以后能够吧变量置为nil,那么self的引用计数又会减一，因此不会形成循环引用。（注意：这种方法block必需要调用若是不调用变量没法置空同样会形成循环引用）
    • 对象self做为参数
      当作参数传入，此时的self就会被做为临时变量压栈进来，因此就不会形成持有，也就不会形成循环引用（函数参数是存在栈区的，是由编译器自动分配和释放的）
    • NSProxy 虚拟类
      • OC是只能单继承的语言，可是它是基于运行时的机制，因此能够经过NSProxy来实现 伪多继承，填补了多继承的空白
      • NSProxy 和 NSObject是同级的一个类，也能够说是一个虚拟类，只是实现了NSObject的协议
      • NSProxy实际上是一个消息重定向封装的一个抽象类，相似一个代理人，中间件，能够经过继承它，并重写下面两个方法来实现消息转发到另外一个实例
        - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation;
- (nullable NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel