文章涉及依賴注入方案基於
EXTConcreteProtocol實現，GitHub連結在這裡。
01. 問題場景
如果基於 Cocopods 和 Git Submodules 來做元件化的時候，我們的依賴關係是這樣的：
這裡依賴路徑有兩條：
-
- 最簡單的主專案依賴第三方 pods。
-
- 元件依賴第三方 pods，主專案再依賴元件。
這種單向的依賴關係，決定了從元件到專案的通訊是單向的，即主專案可以主動向元件發起通訊，但是元件卻沒有辦法主動和主專案通訊。
你可能說不對，可以發通知啊？是的，是可以發通知，但是這一點都不優雅，也不好維護和擴充。
有沒有一種更加優雅、更加方便日常開發的擴充和維護的方式呢？答案是有的，名字叫做“依賴注入”。
02. 依賴注入
依賴注入有另外一個名字，叫做“控制反轉”，像上面的元件化的例子，主專案依賴元件，現在有一個需求，元件需要依賴主專案，這種情況就叫做“控制反轉”。
能把這部分“控制反轉”的程式碼統一起來解耦維護，方便日後擴充和維護的服務，我們就可以叫做依賴注入。
所以依賴注入有兩個比較重要的點：
- 第一，要實現這種反轉控制的功能。
- 第二，要解耦。
不是我自身的，卻是我需要的，都是我所依賴的。一切需要外部提供的，都是需要進行依賴注入的。
這句話出自這篇文章：理解依賴注入與控制反轉 | Laravel China 社群 - 高品質的 Laravel 開發者社群
如果對概念性的東西有更加深入的理解，歡迎谷歌搜尋“依賴注入”。
03. iOS 依賴注入調查
iOS 平臺實現依賴注入功能的開源專案有兩個大頭：
詳細對比發現這兩個框架都是嚴格遵循依賴注入的概念來實現的，並沒有將 Objective-C 的 runtime 特性發揮到極致，所以使用起來很麻煩。
還有一點，這兩個框架使用繼承的方式實現注入功能，對專案的侵入性不容小視。如果你覺得這個侵入性不算什麼，那等到你專案大到一定程度，發現之前選擇的技術方案有考慮不周，你想切換到其他方案的時候，你一定會後悔當時沒選擇那個不侵入專案的方案。
那有沒有其他沒那麼方案呢？
GitHub - jspahrsummers/libextobjc: A Cocoa library to extend the Objective-C programming language. 裡有一個 EXTConcreteProtocol 雖然沒有直接叫做依賴注入，而是叫做混合協議，但是充分使用了 OC 動態語言的特性，不侵入專案，高度自動化，框架十分輕量，使用非常簡單。
輕量到什麼地步？就只有一個 .h 一個 .m 檔案。
簡單到什麼地步？就只需要一個 @conreteprotocol關鍵字，你就已經注入好了。
從一個評價開源框架的方方面面都甩開上面兩個框架好幾條街。
但是他也有致命的缺點，魚和熊掌不可兼得，這個我們等會說。
04. EXTConcreteProtocol 實現原理
有兩個比較重要的概念需要提前明白才能繼續往下將。
-
- 容器。這裡的容器是指，我們注入的方法需要有類（class）來裝，而裝這些方法的器皿就統稱為容器。
-
__attribute__()這是一個 GNU 編譯器語法，被constructor這個關鍵字修飾的方法會在所有類的+load方法之後，在main函式之前被呼叫。詳見：Clang Attributes 黑魔法小記 · sunnyxx的技術部落格
如上圖，用一句話來描述注入的過程：將待注入的容器中的方法在 load 方法之後 main 函式之前注入指定的類中。
04.1. EXTConcreteProtocol 的使用
比方說有一個協議 ObjectProtocol。我們只要這樣寫就已經實現了依賴注入。
@protocol ObjectProtocol<NSObject>
+ (void)sayHello;
- (int)age;
@end
@concreteprotocol(ObjectProtocol)
+ (void)sayHello {
NSLog(@"Hello");
}
- (int)age {
return 18;
}
@end
複製程式碼之後比方說一個 Person 類想要擁有這個注入方法，就只需要遵守這個協議就可以了。
@interface Person : NSObject<ObjectProtocol>
@end
複製程式碼我們接下來就可以對 Person 呼叫注入的方法。
int main(int argc, char * argv[]) {
Person *p = [Person new];
NSLog(@"%@", [p age]);
[p.class sayHello];
}
輸出：
>>>18
>>>Hello
複製程式碼是不是很神奇？想不想探一下究竟？
04.2. 原始碼解析
先來看一下標頭檔案：
#define concreteprotocol(NAME) \
// 定義一個容器類.
interface NAME ## _ProtocolMethodContainer : NSObject < NAME > {} \
@end \
\
@implementation NAME ## _ProtocolMethodContainer \
// load 方法新增混合協議.
+ (void)load { \
if (!ext_addConcreteProtocol(objc_getProtocol(metamacro_stringify(NAME)), self)) \
fprintf(stderr, "ERROR: Could not load concrete protocol %s\n", metamacro_stringify(NAME)); \
} \
// load 之後, main 之前執行方法注入.
__attribute__((constructor)) \
static void ext_ ## NAME ## _inject (void) { \
ext_loadConcreteProtocol(objc_getProtocol(metamacro_stringify(NAME))); \
}
// load 方法新增混合協議.
BOOL ext_addConcreteProtocol (Protocol *protocol, Class methodContainer);
// load 之後, main 之前執行方法注入.
void ext_loadConcreteProtocol (Protocol *protocol);
複製程式碼可以在原始碼中清楚看到 concreteprotocol 這個巨集定義為我們的協議新增了一個容器類，我們主要注入的比如 +sayHello 和 -age 方法都被定義在這個容器類之中。
然後在 +load 方法中呼叫了 ext_addConcreteProtocol 方法。
typedef struct {
// 使用者定義的協議.
__unsafe_unretained Protocol *protocol;
// 在 __attribute__((constructor)) 時往指定類裡注入方法的 block.
void *injectionBlock;
// 對應的協議是否已經準備好注入.
BOOL ready;
} EXTSpecialProtocol;
BOOL ext_addConcreteProtocol (Protocol *protocol, Class containerClass) {
return ext_loadSpecialProtocol(protocol, ^(Class destinationClass){
ext_injectConcreteProtocol(protocol, containerClass, destinationClass);
});
}
BOOL ext_loadSpecialProtocol (Protocol *protocol, void (^injectionBehavior)(Class destinationClass)) {
@autoreleasepool {
NSCParameterAssert(protocol != nil);
NSCParameterAssert(injectionBehavior != nil);
// 加鎖
if (pthread_mutex_lock(&specialProtocolsLock) != 0) {
fprintf(stderr, "ERROR: Could not synchronize on special protocol data\n");
return NO;
}
// specialProtocols 是一個連結串列，每個協議都會被組織成為一個 EXTSpecialProtocol，這個 specialProtocols 裡存放了了這些 specialProtocols.
if (specialProtocolCount >= specialProtocolCapacity) {
...
}
#ifndef __clang_analyzer__
ext_specialProtocolInjectionBlock copiedBlock = [injectionBehavior copy];
// 將協議儲存為一個 EXTSpecialProtocol 結構體.
specialProtocols[specialProtocolCount] = (EXTSpecialProtocol){
.protocol = protocol,
.injectionBlock = (__bridge_retained void *)copiedBlock,
.ready = NO
};
#endif
++specialProtocolCount;
pthread_mutex_unlock(&specialProtocolsLock);
}
return YES;
}
複製程式碼我們的 ext_loadSpecialProtocol 方法裡傳進去一個 block，這個 block 裡呼叫了 ext_injectConcreteProtocol 這個方法。
ext_injectConcreteProtocol 這個方法接受三個引數，第一個是協議，就是我們要注入的方法的協議；第二個是容器類，就是框架為我們新增的那個容器；第三個引數是目標註入類，就是我們要把這個容器裡的方法注入到哪個類。
static void ext_injectConcreteProtocol (Protocol *protocol, Class containerClass, Class class) {
// 獲取容器類裡所有的例項方法.
unsigned imethodCount = 0;
Method *imethodList = class_copyMethodList(containerClass, &imethodCount);
// 獲取容器類裡所有的類方法方法.
unsigned cmethodCount = 0;
Method *cmethodList = class_copyMethodList(object_getClass(containerClass), &cmethodCount);
// 拿到要注入方法的類的元類.
Class metaclass = object_getClass(class);
// 注入例項方法.
for (unsigned methodIndex = 0;methodIndex < imethodCount;++methodIndex) {
Method method = imethodList[methodIndex];
SEL selector = method_getName(method);
// 如果該類已經實現了這個方法，就跳過注入，不至於覆蓋使用者自定義的實現.
if (class_getInstanceMethod(class, selector)) {
continue;
}
IMP imp = method_getImplementation(method);
const char *types = method_getTypeEncoding(method);
if (!class_addMethod(class, selector, imp, types)) {
fprintf(stderr, "ERROR: Could not implement instance method -%s from concrete protocol %s on class %s\n",
sel_getName(selector), protocol_getName(protocol), class_getName(class));
}
}
// 注入類方法.
for (unsigned methodIndex = 0;methodIndex < cmethodCount;++methodIndex) {
Method method = cmethodList[methodIndex];
SEL selector = method_getName(method);
// +initialize 不能被注入.
if (selector == @selector(initialize)) {
continue;
}
// 如果該類已經實現了這個方法，就跳過注入，不至於覆蓋使用者自定義的實現.
if (class_getInstanceMethod(metaclass, selector)) {
continue;
}
IMP imp = method_getImplementation(method);
const char *types = method_getTypeEncoding(method);
if (!class_addMethod(metaclass, selector, imp, types)) {
fprintf(stderr, "ERROR: Could not implement class method +%s from concrete protocol %s on class %s\n",
sel_getName(selector), protocol_getName(protocol), class_getName(class));
}
}
// 管理記憶體
free(imethodList); imethodList = NULL;
free(cmethodList); cmethodList = NULL;
// 允許使用者在容器類裡複寫 +initialize 方法，這裡呼叫是保證使用者複寫的實現能夠被執行.
(void)[containerClass class];
}
複製程式碼我們再看一下在 +load 之後 main 之前呼叫的 ext_loadConcreteProtocol 方法。
void ext_loadConcreteProtocol (Protocol *protocol) {
ext_specialProtocolReadyForInjection(protocol);
}
void ext_specialProtocolReadyForInjection (Protocol *protocol) {
@autoreleasepool {
NSCParameterAssert(protocol != nil);
// 加鎖
if (pthread_mutex_lock(&specialProtocolsLock) != 0) {
fprintf(stderr, "ERROR: Could not synchronize on special protocol data\n");
return;
}
// 檢查要對應的 protocol 是否已經載入進上面的連結串列中了，如果找到了，就將對應的 EXTSpecialProtocol 結構體的 ready 置為 YES.
for (size_t i = 0;i < specialProtocolCount;++i) {
if (specialProtocols[i].protocol == protocol) {
if (!specialProtocols[i].ready) {
specialProtocols[i].ready = YES;
assert(specialProtocolsReady < specialProtocolCount);
if (++specialProtocolsReady == specialProtocolCount)
// 如果所有的 EXTSpecialProtocol 結構體都準備好了，就開始執行注入.
ext_injectSpecialProtocols();
}
break;
}
}
pthread_mutex_unlock(&specialProtocolsLock);
}
}
複製程式碼上面都是準備工作，接下來開始進入核心方法進行注入。
static void ext_injectSpecialProtocols (void) {
// 對協議進行排序.
// 比方說 A 協議繼承自 B 協議，但是不一定是 B 協議對應的容器類的 load 方法先執行，A 的後執行. 所以如果 B 協議的類方法中複寫了 A 協議中的方法，那麼應該保證 B 協議複寫的方法被注入，而不是 A 協議的容器方法的實現.
// 為了保證這個循序，所以要對協議進行排序，上面說的 A 繼承自 B，那麼循序應該是 A 在 B 前面.
qsort_b(specialProtocols, specialProtocolCount, sizeof(EXTSpecialProtocol), ^(const void *a, const void *b){
if (a == b)
return 0;
const EXTSpecialProtocol *protoA = a;
const EXTSpecialProtocol *protoB = b;
int (^protocolInjectionPriority)(const EXTSpecialProtocol *) = ^(const EXTSpecialProtocol *specialProtocol){
int runningTotal = 0;
for (size_t i = 0;i < specialProtocolCount;++i) {
if (specialProtocol == specialProtocols + i)
continue;
if (protocol_conformsToProtocol(specialProtocol->protocol, specialProtocols[i].protocol))
runningTotal++;
}
return runningTotal;
};
return protocolInjectionPriority(protoB) - protocolInjectionPriority(protoA);
});
// 獲取專案中所有的類 ???.
unsigned classCount = objc_getClassList(NULL, 0);
if (!classCount) {
fprintf(stderr, "ERROR: No classes registered with the runtime\n");
return;
}
Class *allClasses = (Class *)malloc(sizeof(Class) * (classCount + 1));
if (!allClasses) {
fprintf(stderr, "ERROR: Could not allocate space for %u classes\n", classCount);
return;
}
classCount = objc_getClassList(allClasses, classCount);
@autoreleasepool {
// 遍歷所有的要注入的協議結構體.
for (size_t i = 0;i < specialProtocolCount;++i) {
Protocol *protocol = specialProtocols[i].protocol;
// 使用 __bridge_transfer 把物件的記憶體管理交給 ARC.
ext_specialProtocolInjectionBlock injectionBlock = (__bridge_transfer id)specialProtocols[i].injectionBlock;
specialProtocols[i].injectionBlock = NULL;
// 遍歷所有的類 ???.
for (unsigned classIndex = 0;classIndex < classCount;++classIndex) {
Class class = allClasses[classIndex];
// 如果這個類遵守了要注入的協議，那麼就執行注入.
// 注意： 這裡是 continue 不是 break，因為一個類可以注入多個協議的方法.
if (!class_conformsToProtocol(class, protocol))
continue;
injectionBlock(class);
}
}
}
// 管理記憶體.
free(allClasses);
free(specialProtocols); specialProtocols = NULL;
specialProtocolCount = 0;
specialProtocolCapacity = 0;
specialProtocolsReady = 0;
}
複製程式碼這一路看下來，原理看的明明白白，是不是也沒什麼特別的，都是 runtime 的知識。但是這個思路確實是 666。
04.3. 問題在哪？
這不挺好的嗎？別人也分析過這個框架的原始碼，我再寫一遍有什麼意義？
這問題挺好，確實是這樣，如果一切順利，我這篇文章沒有存在的意義。接下來看一下問題出現在哪？
看到我剛才的註釋了嗎？這個笑臉很燦爛。如果專案不大，比如專案只有幾百個類，這些都沒有問題的，但是我們專案有接近 30000 個類，沒錯，是三萬。我們使用注入的地方有幾十上百處，兩套 for 迴圈算下來是一個百萬級別的。而且 objc_getClassList 這個方法是非常耗時的而且沒有快取。
// 獲取專案中所有的類 ???.
// 遍歷所有的類 ???.
複製程式碼在貝聊專案上，這個方法在我的 iPhone 6s Plus 上要耗時一秒，在更老的 iPhone 6 上耗時要 3 秒，iPhone 5 可以想象要更久。而且隨著專案迭代，專案中的類會越來越多， 這個耗時也會越來越長。
這個耗時是 pre-main 耗時，就是使用者看那個白屏啟動圖的時候在做這個操作，嚴重影響使用者體驗。我們的產品就因為這個點導致閃屏廣告展示出現問題，直接影響業務。
05. 解決方案
從上面的分析可以知道，導致耗時的原因就是原框架獲取所有的類進行遍歷。其實這是一個自動化的牛逼思路，這也是這個框架高於前面兩個框架的核心原因。但是因為專案規模的原因導致這個點成為了實踐中的短板，這也是作者始料未及的。
那我們怎麼優化這個點呢？因為要注入方法的類沒有做其他的標記，只能掃描所有的類，找到那些遵守了這個協議的再進行注入，這是要注入的類和注入行為的唯一聯絡點。從設計的角度來說，如果要主動實現注入，確實是這樣的，沒有更好方案來實現相同的功能。
但是有一個下策，能顯著提高這部分效能，就是退回到上面兩個框架所做的那樣，讓使用者自己去標識哪些類需要注入。這樣我把這些需要注入的類放到一個集合裡，遍歷注入，這樣做效能是最好的。如果我從頭設計一個方案，這也是不錯的選擇。
但是我現在做不了這些，我專案裡有好幾百個地方用了注入，如果我採用上面的方式，我要改好幾百個地方。這樣做很低效，而且我也不能保證我眼睛不會花出個錯。我只能選擇自動化去做這個事。
如果換個思路，我不主動注入，我懶載入，等你呼叫注入的方法我再執行注入操作呢？如果能實現這個，那問題就解決了。
-
- 開始我們仍然在
+load方法中做準備工作，和原有的實現一樣，把所有的協議都存到連結串列中。
- 開始我們仍然在
-
- 在
__attribute__((constructor))中仍然做是否能執行注入的檢查。
- 在
-
- 現在我們 hook
NSObject的+resolveInstanceMethod:和+resolveClassMethod:。
- 現在我們 hook
-
- 在 hook 中進行檢查，如果該類有遵守了我們實現了注入的協議，那麼就給該類注入容器中的方法。
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