OC底层原理十六：dyld和objc的关联

OC底层原理学习大纲

上一节我们了解了dyld应用程序加载过程，分为以下九步：

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其中1-7步是一些前期环境和模板的关联和处理。最重要的是第8步，完成所有资源的初始化。上一节细致了解第8步的大体功能。而本节将针对objc_init进行深入分析。

objc_init中最重要的是类的加载，以及如何从macho镜像到内存中，我们会分为三次来循序渐进的分析。

本节主要探讨：

objc_init 流程
dyld与objc的关联

准备工作:

可编译的objc4-781源码: https://www.jianshu.com/p/45dc31d91000

dyld-750.6: https://opensource.apple.com/tarballs/dyld/

1. objc_init 流程

打开objc4源码，搜索_objc_init函数：

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1.1 environ_init 环境变量初始化

检查所有环境变量，按照相应配置完成初始化。

在日常开发中，苹果系统内置了很多环境变量。我们可以利用环境变量进行相应的设置或获取一些有用的信息。

1.1.1 设置环境变量

在Xcode中，选中Target -> Edit Scheme，在Run的Arguments处添加响应环境变量。

比如设置OBJC_PRINT_LOAD_METHODS为YES:
打印所有实现了+ load的类、分类和函数。（load会增加启动时长，可以查看哪些地方使用了，进行针对性优化）

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类似OBJC_PRINT_LOAD_METHODS的系统环境变量有很多，如何读取系统支持的所有环境变量，了解每个环境变量的作用? 👇

1.1.2 查看环境变量

方法一： 添加忽略条件的测试代码，运行代码，直接_objc_inform打印所有支持的环境变量

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方法二：终端输入export OBJC_HELP=1

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网上有XCode环境变量介绍文章，比如：https://viktyz.gitbooks.io/iosnotebook-gitbook/content/Notes/Note_00140_20160205.html

不过我们自己手动打印，每个环境变量后面都有详细的注释。可以确保是当前系统支持的。

1.2 tls_init 线程绑定

主要是本地线程池的初始化以及析构:

void tls_init(void)
{
#if SUPPORT_DIRECT_THREAD_KEYS 
    pthread_key_init_np(TLS_DIRECT_KEY, &_objc_pthread_destroyspecific); // 本地线程池初始化
#else
    _objc_pthread_key = tls_create(&_objc_pthread_destroyspecific); // 析构
#endif
}

1.3 static_init 静态初始化

系统级别的c++的所有静态函数的初始化

系统级别的调用在dyld之前完成，它的优先级比我们手动添加的c++静态函数要高，实现时机更早。

static void static_init()
{
    size_t count;
    auto inits = getLibobjcInitializers(&_mh_dylib_header, &count);
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        inits[i]();
    }
}

1.4 runtime_init 运行时环境初始化

主要是完成了分类初始化和类表初始化(记录所有类)

void runtime_init(void)
{
    objc::unattachedCategories.init(32);  // category分类初始化
    objc::allocatedClasses.init();        // 类初始化，记录类表
}

1.5 exception_init 异常初始化

设置系统异常回调函数。

void exception_init(void)
{
    old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
}

crash不是崩溃，是系统运行了不允许的指令。是系统给予开发者的信号。

可以给系统一个异常回调函数，系统检测到crash时会调用这个回调函数。

进入_objc_terminate函数查看：

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进入uncaught_handler查看

static objc_uncaught_exception_handler uncaught_handler = _objc_default_uncaught_exception_handler;

发现默认值是_objc_default_uncaught_exception_handler，如果我们没有对uncaught_handler进行处理，系统就调用默认值。
搜索uncaught_handler，发现系统提供了一个设置uncaught_handler的函数：

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Crash回调实践：

此处实践的是应用级异常，指未被捕获的Objective-C异常，导致程序向自身发送了SIGABRT信号而崩溃，对于未捕获的Objective-C异常，是可以通过try catch来捕获的，或者通过NSSetUncaughtExceptionHandler()机制来捕获。

Crash回调实践

1.6 cache_init 缓存初始化

void cache_init()
{
#if HAVE_TASK_RESTARTABLE_RANGES
    mach_msg_type_number_t count = 0;
    kern_return_t kr;

    while (objc_restartableRanges[count].location) {
        count++;
    }

    kr = task_restartable_ranges_register(mach_task_self(),
                                          objc_restartableRanges, count);
    if (kr == KERN_SUCCESS) return;
    _objc_fatal("task_restartable_ranges_register failed (result 0x%x: %s)",
                kr, mach_error_string(kr));
#endif // HAVE_TASK_RESTARTABLE_RANGES
}

1.7 _imp_implementationWithBlock_init 函数实现的回调初始化

只有OSX系统下，才会进行判断。

通常什么都没做，因为所有初始化都是惰性的（用到才加载）

#if TARGET_OS_OSX
    if (__progname &&
        (strcmp(__progname, "QtWebEngineProcess") == 0 ||
         strcmp(__progname, "Steam Helper") == 0)) {
        Trampolines.Initialize();
    }
#endif
}

1.8 `_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)`注册objc通知

进入_dyld_objc_notify_register：

// 仅供objc运行时使用
// 在映射、取消映射和初始化objc镜像后，调用注册函数
// Dyld将用一个包含objc-image-info section的镜像数组来调用`mapped`

void _dyld_objc_notify_register(_dyld_objc_notify_mapped    mapped,
                                _dyld_objc_notify_init      init,
                                _dyld_objc_notify_unmapped  unmapped);

发现文件名称是dyld.priv.h，如果你看了上一节dyld流程，你应该瞬间明朗：
这是_objc_init()函数内部跨库调用了dyld库的_dyld_objc_notify_register函数

这就是dyld与objc的关联：👇

2. dyld与objc的关联

打开dyld源码，回顾下_dyld_objc_notify_register的实现：

void _dyld_objc_notify_register(_dyld_objc_notify_mapped    mapped,
                                _dyld_objc_notify_init      init,
                                _dyld_objc_notify_unmapped  unmapped)
{
    dyld::registerObjCNotifiers(mapped, init, unmapped);
}

void registerObjCNotifiers(_dyld_objc_notify_mapped mapped, _dyld_objc_notify_init init, _dyld_objc_notify_unmapped unmapped)
{
    // record functions to call
    sNotifyObjCMapped   = mapped;
    sNotifyObjCInit     = init;
    sNotifyObjCUnmapped = unmapped;

    // call 'mapped' function with all images mapped so far
    try {
        notifyBatchPartial(dyld_image_state_bound, true, NULL, false, true);
    }
    catch (const char* msg) {
        // ignore request to abort during registration
    }

    // <rdar://problem/32209809> call 'init' function on all images already init'ed (below libSystem)
    for (std::vector<ImageLoader*>::iterator it=sAllImages.begin(); it != sAllImages.end(); it++) {
        ImageLoader* image = *it;
        if ( (image->getState() == dyld_image_state_initialized) && image->notifyObjC() ) {
            dyld3::ScopedTimer timer(DBG_DYLD_TIMING_OBJC_INIT, (uint64_t)image->machHeader(), 0, 0);
            (*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());
        }
    }
}

dyld中的三个入参mapped、init 、unmapped 分别对应 Objc中传入的&map_images、load_images、unmap_image，分别赋值给sNotifyObjCMapped、sNotifyObjCInit、sNotifyObjCUnmapped

map_images：将image镜像映射到内存。管理文件和动态库中所有符号(class、protocol、selector、category)
load_images：加载所有load函数，上一节已详细介绍，第一次notifySingle后，通过sNotifyObjCInit调用。
unmap_image：移除image镜像

map_images：

搜索_dyld_objc_notify_mapped：

image.png

发现是被notifyBatchPartial调用，搜索notifyBatchPartial:

image.png

发现回到了registerObjCNotifiers函数，在被赋值时，就try调用了

所以map_images的调用，是在3.8 执行初始化方法第一次调用notifySingle后，调用doInitialization，调用_objc_init时完成了触发。

最后奉上`dyld与objc的关联图`：

dyld与objc的关联

map_images是如何将镜像文件映射到缓存中的呢？
下一节 OC底层原理十七：类的加载(上) read_images & 懒加载类，和您一起探索。

OC底层原理十六：dyld和objc的关联

1. objc_init 流程

1.1 environ_init 环境变量初始化

1.2 tls_init 线程绑定

1.3 static_init 静态初始化

1.4 runtime_init 运行时环境初始化

1.5 exception_init 异常初始化

1.6 cache_init 缓存初始化

1.7 _imp_implementationWithBlock_init 函数实现的回调初始化

1.8 _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)注册objc通知

2. dyld与objc的关联

最后奉上dyld与objc的关联图：

1.8 `_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)`注册objc通知

最后奉上`dyld与objc的关联图`：