runtime相关(参考源码objc-runtime或objc4)
结构模型
1、介绍下runtime的内存模型（isa、对象、类、metaclass、结构体的存储信息等）
对象：OC中的对象指向的是一个objc_object指针类型，typedef struct objc_object *id;从它的结构体中可以看出，它包括一个isa指针，指向的是这个对象的类对象,一个对象实例就是通过这个isa找到它自己的Class，而这个Class中存储的就是这个实例的方法列表、属性列表、成员变量列表等相关信息的。
/// Represents an instance of a class. struct objc_object { Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; };
类：在OC中的类是用Class来表示的，实际上它指向的是一个objc_class的指针类型，typedef struct objc_class *Class;对应的结构体如下：
struct objc_class { Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY; #if !__OBJC2__ Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE; const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE; long version OBJC2_UNAVAILABLE; long info OBJC2_UNAVAILABLE; long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE; #endif }
从结构体中定义的变量可知，OC的Class类型包括如下数据（即：元数据metadata）：super_class（父类类对象）；name（类对象的名称）；version、info（版本和相关信息）；instance_size（实例内存大小）；ivars（实例变量列表）；methodLists（方法列表）；cache（缓存）；protocols（实现的协议列表）;
当然也包括一个isa指针，这说明Class也是一个对象类型，所以我们称之为类对象，这里的isa指向的是元类对象（metaclass），元类中保存了创建类对象（Class）的类方法的全部信息。
以下图中可以清楚的了解到OC对象、类、元类之间的关系
从图中可知，最终的基类（NSObject）的元类对象isa指向的是自己本身，从而形成一个闭环。
元类（Meta Class）：是一个类对象的类，即：Class的类，这里保存了类方法等相关信息。
我们再看一下类对象中存储的方法、属性、成员变量等信息的结构体
objc_ivar_list：存储了类的成员变量，可以通过object_getIvar或class_copyIvarList获取；另外这两个方法是用来获取类的属性列表的class_getProperty和class_copyPropertyList，属性和成员变量是有区别的。
struct objc_ivar { char * _Nullable ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE; char * _Nullable ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE; int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE; #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif } OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_ivar_list { int ivar_count OBJC2_UNAVAILABLE; #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif /* variable length structure */ struct objc_ivar ivar_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE; }
objc_method_list：存储了类的方法列表，可以通过class_copyMethodList获取。
结构体如下：
struct objc_method { SEL _Nonnull method_name OBJC2_UNAVAILABLE; char * _Nullable method_types OBJC2_UNAVAILABLE; IMP _Nonnull method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; } OBJC2_UNAVAILABLE; struct objc_method_list { struct objc_method_list * _Nullable obsolete OBJC2_UNAVAILABLE; int method_count OBJC2_UNAVAILABLE; #ifdef __LP64__ int space OBJC2_UNAVAILABLE; #endif /* variable length structure */ struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE; }
objc_protocol_list：储存了类的协议列表，可以通过class_copyProtocolList获取。
结构体如下：
struct objc_protocol_list { struct objc_protocol_list * _Nullable next; long count; __unsafe_unretained Protocol * _Nullable list[1]; };
2、为什么要设计metaclass
metaclass代表的是类对象的对象，它存储了类的类方法，它的目的是将实例和类的相关方法列表以及构建信息区分开来，方便各司其职，符合单一职责设计原则。
其实这里涉及到了关于面向对象设计的一些东西，具体可以参考这篇文章
3、class_copyIvarList & class_copyPropertyList区别
class_copyIvarList：获取的是类的成员变量列表，即：@interface{中声明的变量}
class_copyPropertyList：获取的是类的属性列表，即：通过@property声明的属性
4、class_rw_t 和 class_ro_t 的区别
class_rw_t：代表的是可读写的内存区，这块区域中存储的数据是可以更改的。
class_ro_t：代表的是只读的内存区，这块区域中存储的数据是不可以更改的。
OC对象中存储的属性、方法、遵循的协议数据其实被存储在这两块儿内存区域的，而我们通过runtime动态修改类的方法时，是修改在class_rw_t区域中存储的方法列表。
参考这篇文章
5、category如何被加载的,两个category的load方法的加载顺序，两个category的同名方法的加载顺序
category的加载是在运行时发生的，加载过程是，把category的实例方法、属性、协议添加到类对象上。把category的类方法、属性、协议添加到metaclass上。
category的load方法执行顺序是根据类的编译顺序决定的，即：xcode中的Build Phases中的Compile Sources中的文件从上到下的顺序加载的。
category并不会替换掉同名的方法的，也就是说如果 category 和原来类都有 methodA，那么 category 附加完成之后，类的方法列表里会有两个 methodA，并且category添加的methodA会排在原有类的methodA的前面，因此如果存在category的同名方法，那么在调用的时候，则会先找到最后一个编译的 category 里的对应方法。
参考这篇文章
6、category & extension区别，能给NSObject添加Extension吗，结果如何？
category：分类
- 给类添加新的方法
- 不能给类添加成员变量
- 通过@property定义的变量，只能生成对应的getter和setter的方法声明，但是不能实现getter和setter方法，同时也不能生成带下划线的成员属性
- 是运行期决定的
注意：为什么不能添加属性，原因就是category是运行期决定的，在运行期类的内存布局已经确定，如果添加实例变量会破坏类的内存布局，会产生意想不到的错误。
extension：扩展
- 可以给类添加成员变量，但是是私有的
- 可以給类添加方法，但是是私有的
- 添加的属性和方法是类的一部分，在编译期就决定的。在编译器和头文件的@interface和实现文件里的@implement一起形成了一个完整的类。
- 伴随着类的产生而产生，也随着类的消失而消失
- 必须有类的源码才可以给类添加extension，所以对于系统一些类，如nsstring，就无法添加类扩展
不能给NSObject添加Extension，因为在extension中添加的方法或属性必须在源类的文件的.m文件中实现才可以，即：你必须有一个类的源码才能添加一个类的extension。
7、消息转发机制，消息转发机制和其他语言的消息机制优劣对比
消息转发机制：当接收者收到消息后，无法处理该消息时（即：找不到调用的方法SEL），就会启动消息转发机制，流程如下：
第一阶段：咨询接收者，询问它是否可以动态增加这个方法实现
第二阶段：在第一阶段中，接收者无法动态增加这个方法实现，那么系统将询问是否有其他对象可能执行该方法，如果可以，系统将转发给这个对象处理。
第三阶段：在第二阶段中，如果没有其他对象可以处理，那么系统将该消息相关的细节封装成NSInvocation对象，再给接收者最后一次机会，如果这里仍然无法处理，接收者将收到doesNotRecognizeSelector方法调用，此时程序将crash。
具体方法如下：
// 第一阶段 咨询接收者是否可以动态添加方法 + (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)selector + (BOOL)resolveClassMethod:(SEL)selector //处理的是类方法 // 第二阶段：询问是否有其他对象可以处理 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)selector // 第三阶段 - (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector - (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
参考这篇文章
8、在方法调用的时候，方法查询-> 动态解析-> 消息转发 之前做了什么
OC中的方法调用，编译后的代码最终都会转成objc_msgSend(id , SEL, ...)方法进行调用，这个方法第一个参数是一个消息接收者对象，runtime通过这个对象的isa指针找到这个对象的类对象，从类对象中的cache中查找是否存在SEL对应的IMP，若不存在，则会在 method_list中查找，如果还是没找到，则会到supper_class中查找，仍然没找到的话，就会调用_objc_msgForward(id, SEL, ...)进行消息转发。
9、IMP、SEL、Method的区别和使用场景
IMP：是方法的实现，即：一段c函数
SEL：是方法名
Method：是objc_method类型指针，它是一个结构体，如下：
struct objc_method { SEL _Nonnull method_name OBJC2_UNAVAILABLE; char * _Nullable method_types OBJC2_UNAVAILABLE; IMP _Nonnull method_imp OBJC2_UNAVAILABLE; }
使用场景：
实现类的swizzle的时候会用到，通过class_getInstanceMethod(class, SEL)来获取类的方法Method，其中用到了SEL作为方法名
调用method_exchangeImplementations(Method1, Method2)进行方法交换
我们还可以给类动态添加方法，此时我们需要调用class_addMethod(Class, SEL, IMP, types)，该方法需要我们传递一个方法的实现函数IMP，例如：
static void funcName(id receiver, SEL cmd, 方法参数...) { // 方法具体的实现 }
函数第一个参数：方法接收者，第二个参数：调用的方法名SEL，方法对应的参数，这个顺序是固定的。
10、load、initialize方法的区别什么？在继承关系中他们有什么区别
load：当类被装载的时候被调用，只调用一次
- 调用方式并不是采用runtime的objc_msgSend方式调用的，而是直接采用函数的内存地址直接调用的
- 多个类的load调用顺序，是依赖于compile sources中的文件顺序决定的，根据文件从上到下的顺序调用
- 子类和父类同时实现load的方法时，父类的方法先被调用
- 本类与category的调用顺序是，优先调用本类的（注意：category是在最后被装载的）
- 多个category，每个load都会被调用（这也是load的调用方式不是采用objc_msgSend的方式调用的），同样按照compile sources中的顺序调用的
- load是被动调用的，在类装载时调用的，不需要手动触发调用
注意：当存在继承关系的两个文件时，不管父类文件是否排在子类或其他文件的前面，都是优先调用父类的，然后调用子类的。
例如：compile sources中的文件顺序如下：SubB、SubA、A、B，load的调用顺序是：B、SubB、A、SubA。
分析：SubB是排在compile sources中的第一个，所以应当第一个被调用，但是SubB继承自B，所以按照优先调用父类的原则，B先被调用，然后是SubB，A、SubA。
第二种情况：compile sources中的文件顺序如下：B、SubA、SubB、A，load调用顺序是：B、A、SubA、SubB，这里我给大家画个图梳理一下：
initialize：当类或子类第一次收到消息时被调用（即：静态方法或实例方法第一次被调用，也就是这个类第一次被用到的时候）,只调用一次
- 调用方式是通过runtime的objc_msgSend的方式调用的，此时所有的类都已经装载完毕
- 子类和父类同时实现initialize，父类的先被调用，然后调用子类的
- 本类与category同时实现initialize，category会覆盖本类的方法，只调用category的initialize一次（这也说明initialize的调用方式采用objc_msgSend的方式调用的）
- initialize是主动调用的，只有当类第一次被用到的时候才会触发
参考这篇文章
内存管理
1、weak的实现原理？SideTable的结构是什么样的
weak：其实是一个hash表结构，其中的key是所指对象的地址，value是weak的指针数组，weak表示的是弱引用，不会对对象引用计数+1，当引用的对象被释放的时候，其值被自动设置为nil，一般用于解决循环引用的。
weak的实现原理
1、初始化时：runtime会调用objc_initWeak函数，初始化一个新的weak指针指向对象的地址。
2、添加引用时：objc_initWeak函数会调用 objc_storeWeak() 函数， objc_storeWeak() 的作用是更新指针指向，创建对应的弱引用表。
3、释放时，调用clearDeallocating函数。clearDeallocating函数首先根据对象地址获取所有weak指针地址的数组，然后遍历这个数组把其中的数据设为nil，最后把这个entry从weak表中删除，最后清理对象的记录。
SideTable的结构如下：
struct SideTable { // 保证原子操作的自旋锁 spinlock_t slock; // 引用计数的 hash 表 RefcountMap refcnts; // weak 引用全局 hash 表 weak_table_t weak_table; }
参考这篇文章
2、关联对象的应用？系统如何实现关联对象的？
应用：
- 可以在不改变类的源码的情况下，为类添加实例变量（注意：这里指的实例变量，并不是真正的属于类的实例变量，而是一个关联值变量）
- 结合category使用，为类扩展存储属性。
关联对象实现原理：
关联对象的值实际上是通过AssociationsManager对象负责管理的，这个对象里有个AssociationsHashMap静态表，用来存储对象的关联值的，关于AssociationsHashMap存储的数据结构如下：
AssociationsHashMap：
------添加属性对象的指针地址（key）：ObjectAssociationMap（value：所有关联值对象）
ObjectAssociationMap：
------关联值的key：关联值的value
具体runtime的方法实现请参考这篇文章
3、关联对象的如何进行内存管理的？关联对象如何实现weak属性?
内存管理方面是通过在赋值的时候设置一个policy，根据这个policy的类型对设置的对象进行retain/copy等操作。
当policy为OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN的时候，设置的关联值将是以weak的方式进行内存管理的。
这个题跟上面的问题差不多，可以参考上面的那篇文章。
4、Autoreleasepool的原理？所使用的的数据结构是什么？
自动释放池是一个 AutoreleasePoolPage 组成的一个page是4096字节大小,每个 AutoreleasePoolPage 以双向链表连接起来形成一个自动释放池
pop 时是传入边界对象,然后对page 中的对象发送release 的消息
AutoreleasePool的释放有如下两种情况：
- 一种是Autorelease对象是在当前的runloop迭代结束时释放的，而它能够释放的原因是系统在每个runloop迭代中都加入了自动释放池Push和Pop。
- 手动调用AutoreleasePool的释放方法（drain方法）来销毁AutoreleasePool或者@autoreleasepool{}执行完释放
参考这篇文章
5、ARC的实现原理？ARC下对retain & release做了哪些优化？
参考这篇文章
6、ARC下哪些情况会造成内存泄漏？
- block中的循环引用
- NSTimer的循环引用
- addObserver的循环引用
- delegate的强引用
- 大次数循环内存爆涨
- 非OC对象的内存处理（需手动释放）
参考这篇文章
其他
1、Method Swizzle注意事项？
- 如果是通过method_exchangeImplements()方法实现swizzle的话，需要考虑调用时机，弄不好会出现无效的swizzle
- 在调用method_exchangeImplements函数之前，我们需要确保传入的Method，确保有实现IMP
针对method_exchangeImplements函数的副作用，我们可以结合method_setImplementation实现方法swizzle即可。
参考这篇文章
2、属性修饰符atomic的内部实现是怎么样的?能保证线程安全吗？
atomic实际上是为成员变量的setter方法自动添加了一个自旋锁，确保属性的赋值的原子性。
不能保证线程安全，因为atomic只是对setter方法加锁，getter并没有加锁
参考这篇文章
3、iOS 中内省的几个方法有哪些？内部实现原理是什么？
实现内省的方法包括：
- isKindOfClass:Class
- isMemberOfClass:Class
- respondToSelector:selector
- conformsToProtocol:protocol
实现原理：以上方法的实现原理都是运用runtime的相关函数实现的。
4、class、objc_getClass、object_getclass 方法有什么区别?
objc_getClass：参数是类名的字符串，返回的就是这个类的类对象；
object_getClass：参数是id类型，它返回的是这个id的isa指针所指向的Class，如果传参是Class，则返回该Class的metaClass