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如何实现 iOS 中的 Associated Object

  • 2019-12-09
  • 本文字数:3737 字

    阅读完需:约 12 分钟

如何实现 iOS 中的 Associated Object

关注仓库,及时获得更新:iOS-Source-Code-Analyze


这一篇文章是对 FBRetainCycleDetector 中实现的关联对象机制的分析;因为追踪的需要, FBRetainCycleDetector 重新实现了关联对象,本文主要就是对其实现关联对象的方法进行分析。


文章中涉及的类主要就是 FBAssociationManager


FBAssociationManager is a tracker of object associations. For given object it can return all objects that are being retained by this object with objc_setAssociatedObject & retain policy.


FBRetainCycleDetector 在对关联对象进行追踪时,修改了底层处理关联对象的两个 C 函数,objc_setAssociatedObjectobjc_removeAssociatedObjects,在这里不会分析它是如何修改底层 C 语言函数实现的,如果想要了解相关的内容,可以阅读下面的文章。


关于如何动态修改 C 语言函数实现可以看动态修改 C 语言函数的实现这篇文章,使用的第三方框架是 fishhook

FBAssociationManager

FBAssociationManager 的类方法 + hook 调用时,fishhook 会修改 objc_setAssociatedObjectobjc_removeAssociatedObjects 方法:


Objective-C


+ (void)hook {#if _INTERNAL_RCD_ENABLED  std::lock_guard<std::mutex> l(*FB::AssociationManager::hookMutex);  rcd_rebind_symbols((struct rcd_rebinding[2]){    {      "objc_setAssociatedObject",      (void *)FB::AssociationManager::fb_objc_setAssociatedObject,      (void **)&FB::AssociationManager::fb_orig_objc_setAssociatedObject    },    {      "objc_removeAssociatedObjects",      (void *)FB::AssociationManager::fb_objc_removeAssociatedObjects,      (void **)&FB::AssociationManager::fb_orig_objc_removeAssociatedObjects    }}, 2);  FB::AssociationManager::hookTaken = true;#endif //_INTERNAL_RCD_ENABLED}
复制代码


将它们的实现替换为 FB::AssociationManager:: fb_objc_setAssociatedObject 以及 FB::AssociationManager::fb_objc_removeAssociatedObjects 这两个 Cpp 静态方法。


上面的两个方法实现都位于 FB::AssociationManager 的命名空间中:


Objective-C


namespace FB { namespace AssociationManager {  using ObjectAssociationSet = std::unordered_set<void *>;  using AssociationMap = std::unordered_map<id, ObjectAssociationSet *>;
static auto _associationMap = new AssociationMap(); static auto _associationMutex = new std::mutex;
static std::mutex *hookMutex(new std::mutex); static bool hookTaken = false;
...}
复制代码


命名空间中有两个用于存储关联对象的数据结构:


  • AssociationMap 用于存储从对象到 ObjectAssociationSet * 指针的映射

  • ObjectAssociationSet 用于存储某对象所有关联对象的集合


其中还有几个比较重要的成员变量:


  • _associationMap 就是 AssociationMap 的实例,是一个用于存储所有关联对象的数据结构

  • _associationMutex 用于在修改关联对象时加锁,防止出现线程竞争等问题,导致不可预知的情况发生

  • hookMutex 以及 hookTaken 都是在类方法 + hook 调用时使用的,用于保证 hook 只会执行一次并保证线程安全


用于追踪关联对象的静态方法 fb_objc_setAssociatedObject 只会追踪强引用:


Objective-C


static void fb_objc_setAssociatedObject(id object, void *key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {  {    std::lock_guard<std::mutex> l(*_associationMutex);    if (policy == OBJC_ASSOCIATION_RETAIN ||      policy == OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC) {      _threadUnsafeSetStrongAssociation(object, key, value);    } else {      // We can change the policy, we need to clear out the key      _threadUnsafeResetAssociationAtKey(object, key);    }  }
fb_orig_objc_setAssociatedObject(object, key, value, policy);}
复制代码


std::lock_guard<std::mutex> l(*_associationMutex)fb_objc_setAssociatedObject 过程加锁,防止死锁问题,不过 _associationMutex 会在作用域之外被释放。


通过输入的 policy 我们可以判断哪些是强引用对象,然后调用 _threadUnsafeSetStrongAssociation 追踪它们,如果不是强引用对象,通过 _threadUnsafeResetAssociationAtKeykey 对应的 value 删除,保证追踪的正确性:


Objective-C


void _threadUnsafeSetStrongAssociation(id object, void *key, id value) {  if (value) {    auto i = _associationMap->find(object);    ObjectAssociationSet *refs;    if (i != _associationMap->end()) {      refs = i->second;    } else {      refs = new ObjectAssociationSet;      (*_associationMap)[object] = refs;    }    refs->insert(key);  } else {    _threadUnsafeResetAssociationAtKey(object, key);  }}
复制代码


_threadUnsafeSetStrongAssociation 会以 object 作为键,查找或者创建一个 ObjectAssociationSet * 集合,将新的 key 插入到集合中,当然,如果 value == nil 或者上面 fb_objc_setAssociatedObject 方法中传入的 policy 是非 retain 的就会调用 _threadUnsafeResetAssociationAtKey 重置 ObjectAssociationSet 中的关联对象:


Objective-C


void _threadUnsafeResetAssociationAtKey(id object, void *key) {  auto i = _associationMap->find(object);
if (i == _associationMap->end()) { return; }
auto *refs = i->second; auto j = refs->find(key); if (j != refs->end()) { refs->erase(j); }}
复制代码


同样在查找到对应的 ObjectAssociationSet 之后会擦除 key 对应的值,_threadUnsafeRemoveAssociations 的实现与这个方法也差不多,相较于 reset 方法移除某一个对象的所有关联对象,该方法仅仅移除了某一个 key 对应的值。


Objective-C


void _threadUnsafeRemoveAssociations(id object) {  if (_associationMap->size() == 0 ){    return;  }
auto i = _associationMap->find(object); if (i == _associationMap->end()) { return; }
auto *refs = i->second; delete refs; _associationMap->erase(i);}
复制代码


调用 _threadUnsafeRemoveAssociations 的方法 fb_objc_removeAssociatedObjects 的实现也很简单,利用了上面的方法,并在执行结束后,使用原 obj_removeAssociatedObjects 方法对应的函数指针 fb_orig_objc_removeAssociatedObjects 移除关联对象:


Objective-C


static void fb_objc_removeAssociatedObjects(id object) {  {    std::lock_guard<std::mutex> l(*_associationMutex);    _threadUnsafeRemoveAssociations(object);  }
fb_orig_objc_removeAssociatedObjects(object);}
复制代码

FBObjectiveCGraphElement 获取关联对象

因为在获取某一个对象持有的所有强引用时,不可避免地需要获取其强引用的关联对象;因此我们也就需要使用 FBAssociationManager 提供的 + associationsForObject: 接口获取所有强引用关联对象:


Objective-C


- (NSSet *)allRetainedObjects {  NSArray *retainedObjectsNotWrapped = [FBAssociationManager associationsForObject:_object];  NSMutableSet *retainedObjects = [NSMutableSet new];
for (id obj in retainedObjectsNotWrapped) { FBObjectiveCGraphElement *element = FBWrapObjectGraphElementWithContext(self, obj, _configuration, @[@"__associated_object"]); if (element) { [retainedObjects addObject:element]; } }
return retainedObjects;}
复制代码


这个接口调用我们在上一节中介绍的 _associationMap,最后得到某一个对象的所有关联对象的强引用:


Objective-C


+ (NSArray *)associationsForObject:(id)object {  return FB::AssociationManager::associations(object);}
NSArray *associations(id object) { std::lock_guard<std::mutex> l(*_associationMutex); if (_associationMap->size() == 0 ){ return nil; }
auto i = _associationMap->find(object); if (i == _associationMap->end()) { return nil; }
auto *refs = i->second;
NSMutableArray *array = [NSMutableArray array]; for (auto &key: *refs) { id value = objc_getAssociatedObject(object, key); if (value) { [array addObject:value]; } }
return array;}
复制代码


这部分的代码没什么好解释的,遍历所有的 key,检测是否真的存在关联对象,然后加入可变数组,最后返回。

总结

FBRetainCycleDetector 为了追踪某一 NSObject 对关联对象的引用,重新实现了关联对象模块,不过其实现与 ObjC 运行时中对关联对象的实现其实所差无几,如果对运行时中的关联对象实现原理有兴趣的话,可以看关联对象 AssociatedObject 完全解析这篇文章,它介绍了底层运行时中的关联对象的实现。


这是 FBRetainCycleDetector 系列文章中的第三篇,第四篇也是最后一篇文章会介绍 FBRetainCycleDetector 是如何获取 block 持有的强引用的,这也是我觉得整个框架中实现最精彩的一部分。


关注仓库,及时获得更新:iOS-Source-Code-Analyze


本文转载自 Draveness 技术博客。


原文链接:https://draveness.me/retain-cycle3


2019-12-09 15:53534

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