前言

在iOS开发的世界里，关联对象（Associated Objects）如同一位神秘的魔法师，能够在运行时为已有的类动态添加“属性”，打破了Category的存储限制。你是否曾经好奇，它是如何在运行时做到这一点的？本文将从Runtime源码的角度，带你深入挖掘关联对象的底层实现原理，揭开这一技术的神秘面纱。

关联对象的底层原理

要理解关联对象的底层原理，我们需要从Runtime提供的三个核心API开始：objc_setAssociatedObject、objc_getAssociatedObject和objc_removeAssociatedObjects。这些API共同构成了关联对象技术的基础，它们分别负责关联对象的创建、访问和清理工作。

如何添加关联对象

当你调用objc_setAssociatedObject函数时，Runtime系统会执行一系列复杂的操作来确保关联对象被正确地存储和管理。这个过程涉及到内存管理、线程安全以及哈希表操作等多个关键环节。

void objc_setAssociatedObject(id object, void* key, id value, objc_AssociationPolicy policy) {
    _object_set_associative_reference(object, key, value, policy);
}

在这个函数中，首先将对象包装成DisguisedPtr，以避免ARC错误处理、提高哈希分布均匀性并防止逆向分析。然后将value和policy封装成一个ObjcAssociation对象，并根据内存管理策略对value执行retain或copy操作。

接下来，获取全局锁以确保线程安全，然后获取全局关联对象的哈希表。通过哈希表插入或替换键对应的关联值。如果是首次设置关联对象，还会修改isa上的hasAssociatedObjects字段为true。

如何获取关联对象

获取关联对象的值，是通过objc_getAssociatedObject函数实现的。这个函数内部会调用_object_get_associative_reference来完成实际的获取操作。

id objc_getAssociatedObject(id object, constvoid* key) {
    return _object_get_associative_reference(object, key);
}

这个函数首先获取全局锁以确保线程安全，然后通过对象作为键在第一层哈希表中查找对应的内层哈希表。如果找到内层表，则使用键作为键在第二层哈希表中查找ObjcAssociation对象。如果找到ObjcAssociation对象，则根据其内存管理策略对value执行retain操作。最后将value加入自动释放池并返回。

如何移除所有关联对象

关联对象的移除有两种方式：移除单个关联值和移除所有关联值。对于单个关联值的移除，可以通过调用objc_setAssociatedObject函数并将value参数设置为nil来实现。而移除所有关联值，则需要调用objc_removeAssociatedObjects函数。

void objc_removeAssociatedObjects(id object) {
    if(object && object->hasAssociatedObjects()) {
        _object_remove_associations(object, false);
    }
}

这个函数首先获取全局锁以确保线程安全，然后获取全局关联对象哈希表，获取对象对应的内层表，并遍历并释放所有的关联对象。特别注意，如果存在OBJC_ASSOCIATION_SYSTEM_OBJECT类型的关联对象，需要将这些对象重新插入到内层表中，以确保它们能在最后被释放。

关联对象的注意事项

尽管关联对象为我们提供了强大的动态扩展能力，但在实际使用过程中仍需要注意以下几个关键点：

1. 内存管理策略的选择：谨慎使用OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN，避免造成野指针崩溃。
2. 性能考量：关联对象的存取涉及全局哈希表操作和加锁，性能开销较大。
3. 线程安全：关联对象只保证了读写操作是原子的，但多线程访问时仍需注意数据一致性。
4. 内存管理：在对象释放时，其关联对象会被自动移除；使用RETAIN/COPY策略时要注意避免循环引用。

结语

关联对象技术为Category突破了存储限制，但也带来了额外的复杂性和性能开销。在实际开发中，应当根据具体场景权衡使用，合理使用这把“双刃剑”。通过深入理解关联对象的底层原理，你将能够在未来的开发中更加游刃有余地运用这一技术。