谈谈initialize的实质和真正调用方式

iOS中类的+load和initialize是两个比较特殊的方法。+load的方法调用比较早,在dyld启动过程中发出dyld_image_state_dependents_initialized的通知,objc-runtime 会执行load_images这个方法,里面会按照一定的规律加载所有类的+load方法,并执行。当然这不是这一节的重点,我们主要将initialize。

下面是+initialize在objc中的调用:

/***********************************************************************
* class_initialize.  Send the '+initialize' message on demand to any
* uninitialized class. Force initialization of superclasses first.
**********************************************************************/
void _class_initialize(Class cls)
{
    assert(!cls->isMetaClass());

    Class supercls;
    bool reallyInitialize = NO;

    // Make sure super is done initializing BEFORE beginning to initialize cls.
    // See note about deadlock above.
    supercls = cls->superclass;
    if (supercls  &&  !supercls->isInitialized()) {
        _class_initialize(supercls);
    }
    
    // Try to atomically set CLS_INITIALIZING.
    {
        monitor_locker_t lock(classInitLock);
        if (!cls->isInitialized() && !cls->isInitializing()) {
            cls->setInitializing();
            reallyInitialize = YES;
        }
    }
    
    if (reallyInitialize) {
        // We successfully set the CLS_INITIALIZING bit. Initialize the class.
        
        // Record that we're initializing this class so we can message it.
        _setThisThreadIsInitializingClass(cls);
        
        // Send the +initialize message.
        // Note that +initialize is sent to the superclass (again) if 
        // this class doesn't implement +initialize. 2157218
        if (PrintInitializing) {
            _objc_inform("INITIALIZE: calling +[%s initialize]",
                         cls->nameForLogging());
        }

        // Exceptions: A +initialize call that throws an exception 
        // is deemed to be a complete and successful +initialize.
        @try {
            callInitialize(cls);

            if (PrintInitializing) {
                _objc_inform("INITIALIZE: finished +[%s initialize]",
                             cls->nameForLogging());
            }
        }
        @catch (...) {
            if (PrintInitializing) {
                _objc_inform("INITIALIZE: +[%s initialize] threw an exception",
                             cls->nameForLogging());
            }
            @throw;
        }
        @finally {
            // Done initializing. 
            // If the superclass is also done initializing, then update 
            //   the info bits and notify waiting threads.
            // If not, update them later. (This can happen if this +initialize 
            //   was itself triggered from inside a superclass +initialize.)
            monitor_locker_t lock(classInitLock);
            if (!supercls  ||  supercls->isInitialized()) {
                _finishInitializing(cls, supercls);
            } else {
                _finishInitializingAfter(cls, supercls);
            }
        }
        return;
    }
    
    else if (cls->isInitializing()) {
        // We couldn't set INITIALIZING because INITIALIZING was already set.
        // If this thread set it earlier, continue normally.
        // If some other thread set it, block until initialize is done.
        // It's ok if INITIALIZING changes to INITIALIZED while we're here, 
        //   because we safely check for INITIALIZED inside the lock 
        //   before blocking.
        if (_thisThreadIsInitializingClass(cls)) {
            return;
        } else {
            waitForInitializeToComplete(cls);
            return;
        }
    }
    
    else if (cls->isInitialized()) {
        // Set CLS_INITIALIZING failed because someone else already 
        //   initialized the class. Continue normally.
        // NOTE this check must come AFTER the ISINITIALIZING case.
        // Otherwise: Another thread is initializing this class. ISINITIALIZED 
        //   is false. Skip this clause. Then the other thread finishes 
        //   initialization and sets INITIALIZING=no and INITIALIZED=yes. 
        //   Skip the ISINITIALIZING clause. Die horribly.
        return;
    }
    
    else {
        // We shouldn't be here. 
        _objc_fatal("thread-safe class init in objc runtime is buggy!");
    }
}

initialize会在类收到第一条消息时调用。在

// Make sure super is done initializing BEFORE beginning to initialize cls.
    // See note about deadlock above.
    supercls = cls->superclass;
    if (supercls  &&  !supercls->isInitialized()) {
        _class_initialize(supercls);
    }

这段代码中,发现要实现某个类的initialize方法,一定要在父类initialize之后,若父类尚未执行过initialize这个方法,会在继承链中递归调用initialize,直到某个父类曾被发送所消息,触发终止递归的条件。而在下面的执行中会调用到 callInitialize(cls);这行代码,我们看看callInitialize的实现:

void callInitialize(Class cls)
{
    ((void(*)(Class, SEL))objc_msgSend)(cls, SEL_initialize);
    asm("");
}

实质是调用了objc_msgSend这个方法,走的是消息转发机制。而消息转发机制调用方法的基本机制,就是类有分类则执行分类方法,无分类走主类,主类中没有则到父类中寻找。到现在我们已经清楚了initialize的实现机制,下面看几个例子:

// parent
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Parent : NSObject
@end
#import "Parent.h"
#import "Child.h"
@implementation Parent

+(void)initialize {
    NSLog(@"parent");
}

@end

// child
#import "Parent.h"
@interface Child : Parent
@end
#import "Child.h"
@implementation Child

+(void)initialize {
    NSLog(@"child");
}
@end

// ChildTwo
#import "Parent.h"
@interface ChildTwo : Parent
@end
#import "ChildTwo.h"

@implementation ChildTwo
+(void)initialize {
    NSLog(@"ChildTwo");
}
@end


#import "ViewController.h"
#import "Parent.h"
#import "Child.h"
#import "ChildTwo.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    Child *child = [[Child alloc]init];
    
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3* NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        ChildTwo *childTwo = [[ChildTwo alloc]init];
    });
    
}

@end

实现3个类:Parent、 Child、 ChildTwo, Child和ChildTwo 继承自Parent,父类子类全部实现了initialize方法。我们看看执行结果:

2018-11-02 11:07:49.817869+0800 Initialize[47370:4909614] parent
2018-11-02 11:07:49.817998+0800 Initialize[47370:4909614] child
2018-11-02 11:07:52.818174+0800 Initialize[47370:4909614] ChildTwo

像Child发现消息时,Parent尚未被发送过消息,
回先执行Parent的initialize方法,然后执行Child的initialize方法,随后在几秒后向ChildTwo发送消息,此时Parent已经initialize,Parent类的initialize标志位已经为真,不会再执行initialize方法,直接执行自己的initialize方法。
我们去掉ChildTwo的initialize实现再看看:

#import "Parent.h"
@interface ChildTwo : Parent
@end
#import "ChildTwo.h"

@implementation ChildTwo

@end

执行结果为

2018-11-02 11:14:26.653112+0800 Initialize[47479:4915495] parent
2018-11-02 11:14:26.653230+0800 Initialize[47479:4915495] child
2018-11-02 11:14:29.653940+0800 Initialize[47479:4915495] parent

因为ChildTwo没有实现initialize方法,所以在收到消息时会去继承链中查找initialize实现,找到为止,所以打印的父类的initialize实现。由此可知,父类initialize方法在某种情况下是会实现多次的。

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