一些iOS面试基础题总结

目录

  1. 多线程
  2. AutoLayout
  3. objc_msgSend
  4. Runtime
  5. 消息转发
  6. Category
  7. NSObject 与 objc_class
  8. Runloop
  9. AutoreleasePool
  10. iOS系统架构
  11. App启动过程和优化
  12. UIScrollView 的代理方法
  13. 响应链和事件传递
  14. UIView 和 CALayer 的区别和联系
  15. 轮播图朴素实现的几种方法
  16. TableView 和 CollectionView 必选的代理方法
  17. UITableView 的优化思路

多线程

线程之间同步

  1. 原子操作 Atomic
  2. 加锁（互斥锁、递归锁、读写锁）NSLock，OSSpinLock

多线程之间通信

  • performSelectorOnMainThread:withObject:waitUntilDone:

如何保证线程安全

  1. OSSpinLock 自旋锁
  2. dispatch_semaphore
  3. NSLock 等各种锁
  4. @synchronized

多线程的坑

  1. 常驻线程

常驻线程多了影响CPU效率

AFNetworking2.0因为用的NSURLConnection有缺陷，需要所在线程一直存活，所以保持了个常驻线程，3.0用了NSURLSession，可以指定回调的delegateQueue于是弃用常驻线程。

[runloop run]是常驻线程，[runloop runUntilDate]指定保活时长

  1. 并发

GCD本着最大化CPU效率的原则会多创建线程，但如果是IO类操作，需要等待数据的空档会继续创建新线程导致内存失控。类似数据库操作尽量用串行队列避免多线程并发导致问题。因为创建线程需要堆栈内存，切换线程也消耗CPU。

  1. 死锁

串行队列（如主队列）同步操作

AutoLayout

更新屏幕时，Layout Engine从上到下调用layoutSubviews()通过 Cassowary 算法计算各个子视图的位置，算出来后将子视图的 frame 从 Layout Engine 里拷贝出来，接下来的过程就跟手写frame是一样的了。iOS12优化了性能，以前元素多了会导致性能下降，现正不会了

objc_msgSend

  1. 检查这个selector是不是要忽略的
  2. 检查target是不是nil
    • 如果有相应处理nil的函数就跳转到该函数
    • 如果没有就自动清理现场并返回，这就是OC中给nil发消息不会崩溃的原因
  3. 确定不是给nil发消息后，在该class的缓存中查找方法对应的IMP实现
    • 如果找到就跳转进去
    • 如果没找到就在方法分发表里继续查找，直到找到NSObject为止
  4. 如果还没找到就开始消息转发，上述过程就是通过SEL快速查找IMP的过程

Runtime

C语言中，编译期函数的调用就决定调用哪个函数，而OC只有在真正运行时才根据函数名称找到对应函数来调用。需要一个运行时系统来动态地创建类和对象、消息传递和转发

  1. 讲一下 OC 的消息机制

    • OC中的方法调用其实都是转成了objc_msgSend函数的调用，给receiver（方法调用者）发送了一条消息（selector方法名）
    • objc_msgSend底层有3大阶段:消息发送（当前类、父类中查找）、动态方法解析、消息转发
    • 当递归地找不到selector时，启动消息转发：resolveInstanceMethod、resolveClassMethod、forwardingTargetForSelector

  2. 什么是Runtime？平时项目中有用过么？

    • OC是一门动态性比较强的编程语言，允许很多操作推迟到程序运行时再进行
    • OC的动态性就是由Runtime来支撑和实现的，Runtime是一套C语言的API，封装了很多动态性相关的函数
    • 平时编写的OC代码，底层都是转换成了Runtime API进行调用

  3. Runtime 的应用（优点）：

    • 实现多继承 Multiple Inheritance
    • Method Swizzling -> 无侵入埋点 -> 使用Category进行
    • Aspect Oriented Prigramming 面向切面编程AOP -> 如日志、身份验证、缓存等模块
    • isa Swizzling -> KVO的实现
    • Associated Object关联对象(给Category添加属性) objc_set(get)AssociatedObject
    • 动态地增加方法
    • NSCoding 的自动归档和自动解档
    • 字典和模型相互转换！
    • 异常保护（保护数组越界问题）

  4. Runtime 的缺点

    • Method Swizzling 不是原子操作，放在+load里没问题，放在+initialize里就有问题了
    • 重写方法而不调用super方法可能有问题

  5. Runtime 注意事项

    • Swizzling应该总在+load中执行
    • Swizzling应该总在dispatch_once中执行 -> 因为会改变全局状态所以应该只执行一次
    • +load中执行Swizzling时，不要调用[super load] -> 避免偶数次执行Swizzling
  • SEL其本身是一个Int类型的地址，地址中存放着方法的名字。

Method Swizzling

几个常见方法

  1. method_setImplementation

为一个方法名设置IMP(实现)

  1. method_exchangeImplementations

交换两个方法名的实现，即执行两次 method_setImplementation

  1. class_addMethod

根据官方注释解释，这个方法用于给指定的类增加方法名和IMP(实现)，如果该已经存在这个方法名，不做事，返回NO，如果该类不存在这个方法名（即使父类存在），添加这个方法，返回YES

  1. class_replaceMethod

根据官方注释解释，它有两种不同的行为。当类中没有想替换的原方法时，该方法会调用 class_addMethod 来为该类增加一个新方法。若已存在，则等同于 method_setImplementation 为该方法名替换IMP(实现)

Swizzling 模板

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+ (void)hookClass:(Class)classObject fromSelector:(SEL)fromSelector toSelector:(SEL)toSelector {
    Class class = classObject;
    Method fromMethod = class_getInstanceMethod(class, fromSelector); // 得到被交换类的实例方法
    Method toMethod = class_getInstanceMethod(class, toSelector); // 得到交换类的实例方法
    if(class_addMethod(class, fromSelector, method_getImplementation(toMethod), method_getTypeEncoding(toMethod))) {
        class_replaceMethod(class, toSelector, method_getImplementation(fromMethod), method_getTypeEncoding(fromMethod)); // 进行方法的交换
    } else {
        method_exchangeImplementations(fromMethod, toMethod); // 交换 IMP 指针
    }
}
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+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class aClass = [self class];
        
        SEL originalSelector = @selector(viewWillAppear:);
        SEL swizzledSelector = @selector(xxx_viewWillAppear:);
        
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(aClass, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(aClass, swizzledSelector);
        
        BOOL didAddMethod =
        class_addMethod(aClass,
                        originalSelector,
                        method_getImplementation(swizzledMethod),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
        
        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(aClass,
                                swizzledSelector,
                                method_getImplementation(originalMethod),
                                method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

消息转发

什么时候会报unrecognized selector的异常？

当调用该对象上某个方法,而该对象上没有实现这个方法的时候， 可以通过“消息转发”进行解决。

objc在向一个对象发送消息时，runtime库会根据对象的isa指针找到该对象实际所属的类，然后在该类中的方法列表以及其父类方法列表中寻找方法运行，如果，在最顶层的父类中依然找不到相应的方法时，程序在运行时会挂掉并抛出异常unrecognized selector sent to XXX 。但是在这之前，objc的运行时会给出三次拯救程序崩溃的机会：

  1. Method resolution

objc运行时会调用+resolveInstanceMethod:或者 +resolveClassMethod:，让你有机会提供一个函数实现。如果你添加了函数，那运行时系统就会重新启动一次消息发送的过程，否则 ，运行时就会移到下一步，消息转发（Message Forwarding）。

  1. Fast forwarding

如果目标对象实现了-forwardingTargetForSelector:，Runtime 这时就会调用这个方法，给你把这个消息转发给其他对象的机会。 只要这个方法返回的不是nil和self，整个消息发送的过程就会被重启，当然发送的对象会变成你返回的那个对象。否则，就会继续Normal Fowarding。 这里叫Fast，只是为了区别下一步的转发机制。因为这一步不会创建任何新的对象，但下一步转发会创建一个NSInvocation对象，所以相对更快点。

  1. Normal forwarding

这一步是Runtime最后一次给你挽救的机会。首先它会发送-methodSignatureForSelector:消息获得函数的参数和返回值类型。如果-methodSignatureForSelector:返回nil，Runtime则会发出-doesNotRecognizeSelector:消息，程序这时也就挂掉了。如果返回了一个函数签名，Runtime就会创建一个NSInvocation对象并发送-forwardInvocation:消息给目标对象。

Category

通过Runtime给类添加方法，可以把类的实现分开在几个不同的文件，减少单个文件体积、不同功能组织到不同的Category里、可以由多人开发一个类、可以按需加载想要的category、可以把framework的私有方法公开

与extension不同的是，extension需要有类的源码才能添加，所以无法为系统类添加extension。

而category是运行时添加的。所以，extension可以添加实例变量，而category只能添加实例方法、类方法、协议、属性，但是不能添加实例变量。

category并不是完全替换掉原来类的方法，而是附加到方法列表的前面，而runtime寻找方法是顺着找的，找到category覆盖的方法后就执行了

NSObject 与 objc_class

NSObject 继承自 objc_class
objc_class 继承自 objc_object

objc_object -> objc_class -> NSObject

所以OC中，类也是一个对象。

objc_class中，除了isa，还有3个成员变量，一个是父类的指针，一个是方法缓存，最后一个这个类的实例方法链表。

每个类都有单独的元类，所以类的superclass指针递归最后指向NSObject，NSObject没有超类所以指向nil。类的isa指向对应唯一的元类，每个元类的isa都指向rootMetaClass，rootMetaClass的superClass指向NSObject，isa指向自己

元类中保存了创建类对象以及类方法所需的所有信息

Runloop

可以先粗看这篇YYKit大神ibireme的文章，大概过一遍，不用纠结源码和看不懂的地方。
然后看这个孙源的线下分享会视频，最后再细看一遍那篇文章

介绍

运行循环，在程序运行过程中循环做一些事情，如果没有Runloop程序执行完毕就会立即退出，如果有Runloop程序会一直运行，并且时时刻刻在等待用户的输入操作。RunLoop可以在需要的时候自己跑起来运行，在没有操作的时候就停下来休息。充分节省CPU资源，提高程序性能。简单来说就是让软件一直活着。

结构

  • 一个线程对应一个Runloop，主线程的Runloop默认开启，子线程如果不手动开启就没有。
  • 每个Runloop内有多个Mode，但Runloop同一时间只能执行一个Mode，换Mode需要停下切换。
  • 每个Mode内有任意多个Source、Timer、Observer

Timer

  • 即 CFRunloopTimer
  • NSTimer、performSelector:afterDelay:、CADisplayLink都是对RunloopTimer的封装

Source

  • 即 CFRunlopSource，是Runloop的数据源抽象类
  • Source分Source0和Source1
  • Source0处理App内部事件、App自己负责管理触发、如UIEvent、CFSocker
  • Source1有Runloop和内核管理，Mach Port驱动，如CFMachPort、CFMessagePort

Observer

  • 向外部报告Runloop当前状态的更改
  • 框架中很多机制都由RunLoopObserver触发，如CAAnimation
  • 与 AutoreleasePool 的关系：UIKit通过Observer在RunLoop两个Sleep之间对AutoreleasePool进行Pop和Push，将这次Loop中产生的Autorelease对象释放

CFRunLoopMode

  • 每个Runloop内有多个Mode，但Runloop同一时间只能执行一个Mode，换Mode需要停止当前Loop切换然后重启Loop。
  1. 默认Mode：NSDefaultRunLoopMode, 空闲状态、普通事件等
  2. 界面追踪Mode：UITrackingRunLoopMode, 滑动时（ScrollView）
  3. 私有Mode：UIInitializationRunLoopMode, App刚启动时, 不重要
  • NSRunLoopCommonModes是一个集合（打标签），默认包含上面的1和2两个Mode，可以自己添加Mode进去
  • 开始滑动时，会从DefaultRunLoopMode切换成UITrackingRunLoopMode，停止滑动时会切换回来
  • 想让NSTimer滑动时也跑，默认是加到DefaultMode的，需要手动加到CommonModes里，使其滑动时也执行，[(NSRunLoop) addTimer:forMode:]

RunLoop 与 GCD 的关系

  • 只在用到 main queue 时
  • GCD 中 dispatch 到 main queue 的 block 被分发到 main RunLoop 中执行

RunLoop 的挂起与唤醒

  • 指定用于唤醒的 mach_port 端口
  • 调用 mach_msg 监听唤醒端口，被唤醒前，系统内核将这个线程挂起，停留在 mach_msg_trap 状态
  • 由另一个线程（或另一个进程中的某个线程）向内核发送该端口的msg后，trap状态被唤醒，RunLoop继续下一轮

作用

  1. 保持程序持续运行，程序一启动就会开一个主线程，主线程一开起来就会跑一个主线程对应的RunLoop,RunLoop保证主线程不会被销毁，也就保证了程序的持续运行，对于子线程可以使用run来常驻线程。
  2. 保证NSTimer正常运转
  3. 线上监测App卡顿情况
  4. 处理App中的各种事件（比如：触摸事件，定时器事件，Selector事件等）
  5. 节省CPU资源，提高程序性能，程序运行起来时，当什么操作都没有做的时候，RunLoop就告诉CUP，现在没有事情做，我要去休息，这时CUP就会将其资源释放出来去做其他的事情，当有事情做的时候RunLoop就会立马起来去做事情

过程

  1. 进入loop
  2. do while 保活线程：触发Timer回调、触发Source()回调、执行block
  3. 进入休眠
  4. 等待mach_port消息（如Timer时间到、Runloop超时、被调用者唤醒）
  5. 唤醒，处理消息
  6. 判断是否进入下一个loop

AFNetworking的RunLoop用法

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+ (void)networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object {
    @autoreleasepool {
        [[NSThread currentThread] setName:@"AFNetworking"];
        NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoop currentRunLoop];
        [runLoop addPort:[NSMachPort port] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [runLoop run];
    }
}

+ (NSThread *)networkRequestThread {
    static NSThread *_networkRequestThread = nil;
    static dispatch_once_t oncePredicate;
    dispatch_once(&oncePredicate, ^{
        _networkRequestThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(networkRequestThreadEntryPoint:) object:nil];
        [_networkRequestThread start];
    });
    return _networkRequestThread;
}
  • 在子线程开启RunLoop，添加一个不会用到的port作为Source防止RunLoop停止
  • [runloop run]使子线程常驻，从而接收NSURLConnection的回调
  • 在AF的3.0版本里替换成NSURLSession就不需要常驻线程了

利用RunLoop延时加载图片

  • 当scrollview滑动时加载图片可能导致卡顿
  • 原本做法可以通过delegate处理是否加载
  • 利用RunLoop：把图片加载的方法放在NSDefaultRunLoopMode里，这样当滑动时就切换出了这个Mode，暂停加载

Crash时重启RunLoop

  • 接到 Crash 的 Signal 后手动重启 RunLoop
  • 不适用于 BAD_ACCESS

监测卡顿的方法

  1. 创建观察者
  2. 把观察者添加到主线程的Runloop的common模式下观察，然后创建一个常驻子线程专门用来监控主线程的Runloop状态
  3. 一旦发现runloop进入睡眠前的状态或者唤醒后的状态在设置的时间阈值内没有变化，即可判定为卡顿，用第三方库PLCrashReporter来获取堆栈信息，上报服务器。后续分析。

AutoreleasePool

配合runloop的，每次runloop开启时重建自动释放池，休息前释放掉池里的东西如Timer
ARC下自动创建的在子线程结束后释放，手动创建的在作用域大括号结束后释放
底层实现 AutoReleasePoolPage 是一个双向链表，有push release pop操作

iOS系统架构

四个层

  • 第一层：用户体验层：SpringBoard
  • 第二层：应用框架层：CocoaTouch
  • 第三层：核心框架层：Metal、图形媒体核心框架
  • 第四层：Darwin层：XNU、内核、驱动

iOS的可执行文件和动态库都是Mach-O格式，加载App实际就是加载Mach-O文件。

App启动过程与优化

  1. main()执行前

    • 加载可执行文件（App的.o文件的集合）
    • 加载动态链接库，进行rebase指针调整和bind符号绑定
    • Objc Runtime 的初始处理，包括 Objc 相关类的注册、Category注册、selector 唯一性检查
    • +load()初始化

      这个阶段的优化有 1. 减少动态库加载（合并动态库）2. 减少加载启动后不会去用的类和方法 3. 少用+load，或用 +initialize替换，因为runtime 的 Method Swizzling 操作每次4ms

  2. main()执行后

    • 指 main() 执行开始到 didFinishLaunchingWithOptions 方法里首屏渲染相关方法完成
    • 配置初始化文件的IO操作
    • 首屏列表大数据的读取
    • 首屏渲染的大量计算

      优化方法有把各种与首屏渲染不相干的初始化挪走或子线程处理

  3. 首屏渲染完成后

    • 指 didFinishLaunchingWithOptions 作用域内执行首屏渲染之后的所有方法执行完成
    • 非首屏其他业务服务模块的初始化
    • 监听的注册
    • 配置文件的读写

      把可能卡住主线程的方法挪走或子线程处理

UIScrollView 的代理方法

  1. 滚动完 scrollViewDidScroll
  2. 缩放完 scrollViewDidZoom
  3. 将要开始拖动 scrollViewWillBeginDragging
  4. 将要结束拖动 scrollViewWillEndDragging
  5. 滑动将要减速、 滑动减速完成
  6. 滚动动画完成
  7. 将要开始缩放、已经结束缩放

响应链和事件传递

  1. hitTest方法检测看是否返回

  2. 继承UIResponder的类才能响应，如UIApplication、UIView、UIViewController。而CALayer是继承自NSObject的，不能响应

  3. 事件首先传递给UIApplication，然后向下分发给UIWindow，然后分发给最下层的UIView，逐步调用hitTest从屏内向外找，当某个UIView返回YES时就递归对其SubView执行hitTest，直到找到最后一个

  • 某UIView不接受事件的情况：
    1. alpha < 0.01
    2. userInteractionEnabled = NO
    3. hidden = YES

UIView 和 CALayer 的区别和联系

  1. UIView能响应，CALayer不能
  2. View的frame(和bounds)是简单返回layer的frame(bound), 而layer的frame由几个参数决定
  3. UIView 是 CALayer 的代理
  4. 每个UIView内都有一个CALayer（即有个属性）

轮播图朴素实现的集中方法

  1. UICollectionView, 简单粗暴放100个Cell
  2. UIScrollView 首尾各放一个展示
  3. UIScrollView 三个ImageView实现
  4. UIImageView 自己实现layer转场动画

TableView 和 CollectionView 必选的代理方法

  • delegate都是可选
  • datasource各有两个必选
  • table: cellForRowAtIndexPath、numberOfRowsInSection
  • collection: cellForItemAtIndexPath、numberOfItemsInSection

UITableView 的优化思路

流程

  1. 获取数据；
  2. 把数据转化成model、存进数组；
  3. tableview调用reloadData刷新数据；
  4. 在代理方法cellForRowAtIndexPath里，创建自定义的cell，把model赋值给cell；
  5. cell在对应的model的set方法里，根据拿到的model，设置图片的image，设置label的text等(控件都以懒加载形式初始化)；
  6. 在代理方法heightForRowAtIndexPath里，根据model，算出当前行应该显示多少的高度；
  7. 在cell的layoutSubviews方法里，布局子控件。

优化思路

  1. 避免主线程阻塞

1/2步里的获取数据、数据处理等耗时操作，应该放入后台线程异步处理，处理好后再通知主线程刷新界面。

  1. 避免频繁的对象创建

对象的创建会发送内存分配、属性调整等。
所以，首先，尽量用轻量的对象代替重量的对象。比如CALayer代替UIView。
接着，多利用缓存思想，对象创建后缓存起来，需要的时候再拿出来用。合理利用内存开销，减少CPU开销。
把 Cell setModel里的一些操作放在第二步数据转model里

  1. 减少对象的属性赋值操作

尤其是UIView的frame/bounds等属性的赋值操作，会产生比较大的CPU消耗。
尽量少让Cell里空间动态变化，有规律的话筛分成多个固定cell

  1. 异步绘制

文本渲染、图像绘制都是比较消耗性能的操作，而UILabel等控件都是在主线程进行的文本绘制。这会对性能产生比较大的影响。
UIKit和CoreAnimation相关操作必须在主线程中进行，其它的可以在后台线程异步执行

  1. 简化视图结构

GPU在绘制图像前，会把重叠的视图进行混合，视图结构越复杂，这个操作就越耗时，如果存在透明视图，混合过程会更加复杂。所以，我们可以：

  • 尽量避免复杂的图层结构
  • 少使用透明的视图
  • 不透明的视图，设置opaque = YES

  1. 减少离屏渲染

老生常谈之圆角问题，圆角是开发中经常使用到的美化方式，但一般的设置cornerRadius时会配合masksToBounds属性，这就会造成离屏渲染。关于这种问题的处理，大致有两个思路：

  • 异步绘制一张圆角的图片来显示；
  • 用一个圆角而中空的图来盖住。

tableview需要刷新数据时，使用
[tableview beginUpdates]、[tableview insertRowsAtIndexPaths:indexArray withRowAnimation:UITableViewRowAnimationNone]、
[tableview endUpdates];而非
[tableview reloadData]从而刷新更少的行减少CPU压力

  1. 对于固定行高，前一个设置属性比后一个实现代理方法效率高
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cell.tableview.rowHeight = 50.0;

- (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath
{
    return 50.0;
}

  1. NSDateFormatter这个对象的相关操作很费时，需要避免频繁的创建和计算

  2. 利用RunLoop延时加载图片

利用RunLoop：把图片加载的方法放在NSDefaultRunLoopMode里，这样当滑动时就切换出了这个Mode，暂停加载

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