一、前言
在启动 app 的时候， dyld 会对动态库进行加载、链接等一系列动作，之后就会来到 libobjc.A.dylib 库中调用 _objc_init 对类进行处理，通过 map_images 映射出整个镜像文件，再通过 read_images 加载镜像文件，此时类已经加载完成，那其中类的加载的流程又是怎么样的呢？类的属性、方法、协议都是怎么加载的呢？接下来就从 _objc_init 开始整篇文章的分析。附上 objc 源码 下载链接。
二、_objc_init 源码分析
void _objc_init(void)
{
static bool initialized = false;
if (initialized) return;
initialized = true;
// 环境变量的一些操作
environ_init();
tls_init();
// 系统级别的 c++ 构造函数调用
static_init();
// 空函数，预留
lock_init();
// 注册监听异常的回调
exception_init();
// 注册回调通知
_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);
}
-
environ_init 分析
environ_init 方法是读取影响运行时的环境变量，最后内部有一段打印环境变量的代码。我将它提取出来，不做判断，打印结果如下。当然也可以在终端使用 export OBJC_HELP=1 指令打印环境变量。
image.png
我们可以在 Xcode 中修改环境变量的值来达到我们调试的一些目的。
2.tls_init分析
主要是对线程 key 的绑定。
void tls_init(void)
{
#if SUPPORT_DIRECT_THREAD_KEYS
_objc_pthread_key = TLS_DIRECT_KEY;
pthread_key_init_np(TLS_DIRECT_KEY, &_objc_pthread_destroyspecific);
#else
_objc_pthread_key = tls_create(&_objc_pthread_destroyspecific);
#endif
}
- static_init 分析
运行 C++ 静态构造函数，在 dyld 调用我们自定义构造函数之前。
static void static_init()
{
size_t count;
auto inits = getLibobjcInitializers(&_mh_dylib_header, &count);
for (size_t i = 0; i < count; i++) {
inits[i]();
}
}
- lock_init 分析
void lock_init(void)
{
}
- exception_init 分析
初始化 libobjc 库的异常处理系统，注册监听异常崩溃的回调，当发生崩溃时，就会来到 _objc_terminate 函数里面。
void exception_init(void)
{
old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
}
static void _objc_terminate(void)
{
if (PrintExceptions) {
_objc_inform("EXCEPTIONS: terminating");
}
if (! __cxa_current_exception_type()) {
// No current exception.
(*old_terminate)();
}
else {
// There is a current exception. Check if it’s an objc exception.
@try {
__cxa_rethrow();
} @catch (id e) {
// It’s an objc object. Call Foundation’s handler, if any.
(*uncaught_handler)((id)e);
(*old_terminate)();
} @catch (...) {
// It’s not an objc object. Continue to C++ terminate.
(*old_terminate)();
}
}
}
三、_dyld_objc_notify_register 源码分析
整个 objc 在这个里面是一个运行时环境，运行时环境去加载所有类的一些信息的时候，就会依赖这个注册函数的回调的通知，告诉当前的 dyld 的做了哪些事情，你需要哪些环境来进行彼此的通讯，比如当前的 map_images。
1.知识预备：懒加载类和非懒加载类的区别
简单来说就是有没有实现 load 方法，非懒加载类在类的内部实现了 load 方法，类的加载就会提前，而懒加载类没有实现 load 方法，在使用的第一次才会加载，当我们再给这个类的发送消息，如果是第一次，在消息查找的过程中就会判断这个类是否加载，没有加载就会加载这个类。
map_images 分析
map_images 方法在 image 加载到内存的时候会触发该方法的调用。忽略内部函数跳转、打印和操作 hCount 的代码，最终会来到 _read_images。_read_images 分析
(1) _read_images 方法首先创建了两张表用来存储类。
// 如果是第一次进来，就会走 if 下面的代码
if (!doneOnce) {
// 之后就不会来了
// 为什么只来一次呢，因为第一次进来的时候，类，协议，sel，分类都没有
// 需要创建容器来保存这些东西，这里创建的是两个表。
doneOnce = YES;
//... 忽略一些无关紧要的代码
if (DisableTaggedPointers) {
disableTaggedPointers();
}
// TaggedPointer 的优化处理
initializeTaggedPointerObfuscator();
// 4/3是 NXMapTable 的负载因子
int namedClassesSize =
(isPreoptimized() ? unoptimizedTotalClasses : totalClasses) * 4 / 3;
// 实例化存储类的哈希表，并根据当前类的数量做动态扩容
// 只要你没有在共享缓存的类，不管实现或者未实现都会在这个里面
gdb_objc_realized_classes =
NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, namedClassesSize);
// 已经被分配的类和元类都会放在这个表里
allocatedClasses = NXCreateHashTable(NXPtrPrototype, 0, nil);
}
(2) readClass 分析
for (EACH_HEADER) {
// 从编译后的类列表中取出所有类，获取到的是一个classref_t类型的指针
classref_t *classlist = _getObjc2ClassList(hi, &count);
if (! mustReadClasses(hi)) {
// 图像充分优化，我们不需要调用 readClass()
continue;
}
bool headerIsBundle = hi->isBundle();
bool headerIsPreoptimized = hi->isPreoptimized();
for (i = 0; i < count; i++) {
// 数组中会取出OS_dispatch_queue_concurrent、OS_xpc_object、NSRunloop等系统类，例如CF、Fundation、libdispatch中的类。以及自己创建的类
Class cls = (Class)classlist[I];
// 通过 readClass 函数获取处理后的新类，内部主要操作 ro 和 rw 结构体
Class newCls = readClass(cls, headerIsBundle, headerIsPreoptimized);
// 初始化所有懒加载的类需要的内存空间，并将所有的未来需要处理的类添加到一个数组中
// 现在数据没有加载到的，连类都没有初始化
if (newCls != cls && newCls) {
// Class was moved but not deleted. Currently this occurs
// only when the new class resolved a future class.
// Non-lazily realize the class below.
// 将懒加载的类添加到数组中
resolvedFutureClasses = (Class *)
realloc(resolvedFutureClasses,
(resolvedFutureClassCount+1) * sizeof(Class));
resolvedFutureClasses[resolvedFutureClassCount++] = newCls;
}
}
}
Class readClass(Class cls, bool headerIsBundle, bool headerIsPreoptimized)
{
const char *mangledName = cls->mangledName();
// 如果某个 cls 的 superclass 是 weak-linked 的并且丢失了，则返回YES。
if (missingWeakSuperclass(cls)) {
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: IGNORING class '%s' with "
"missing weak-linked superclass",
cls->nameForLogging());
}
// 添加到重映射表里面，映射为 nil
addRemappedClass(cls, nil);
cls->superclass = nil;
return nil;
}
//... 忽略一些无关紧要的代码
cls->fixupBackwardDeployingStableSwift();
Class replacing = nil;
// 对未来的一些类的 ro 和 rw 的特殊处理，一般不会进去
if (Class newCls = popFutureNamedClass(mangledName)) {
// 将objc_class复制到future类的结构中
// 保存future 类的 rw
class_rw_t *rw = newCls->data();
const class_ro_t *old_ro = rw->ro;
memcpy(newCls, cls, sizeof(objc_class));
rw->ro = (class_ro_t *)newCls->data();
newCls->setData(rw);
freeIfMutable((char *)old_ro->name);
free((void *)old_ro);
addRemappedClass(cls, newCls);
replacing = cls;
cls = newCls;
}
if (headerIsPreoptimized && !replacing) {
// 断言
assert(getClassExceptSomeSwift(mangledName));
} else {
// 将 cls 加入到 gdb_objc_realized_classes 表里面去
addNamedClass(cls, mangledName, replacing);
// 将 cls 插入到 allocatedClasses 表里面去
addClassTableEntry(cls);
}
// 供以后参考:共享缓存从不包含mh_bundle
if (headerIsBundle) {
cls->data()->flags |= RO_FROM_BUNDLE;
cls->ISA()->data()->flags |= RO_FROM_BUNDLE;
}
// 到此时，这个类在整个表里就有了，返回
return cls;
}
(3) remapClassRef
// 主要是修复重映射 - !noClassesRemapped() 在这里为 false，所以一般走不进来
// 将未映射Class和Super Class重映射，被remap的类都是非懒加载的类
if (!noClassesRemapped()) {
for (EACH_HEADER) {
// 重映射Class，注意是从_getObjc2ClassRefs函数中取出类的引用
Class *classrefs = _getObjc2ClassRefs(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
remapClassRef(&classrefs[I]);
}
// fixme why doesn’t test future1 catch the absence of this?
classrefs = _getObjc2SuperRefs(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
remapClassRef(&classrefs[I]);
}
}
}
(4) sel_registerNameNoLock
// 将所有SEL都注册到哈希表中，是另外一张哈希表
static size_t UnfixedSelectors;
{
mutex_locker_t lock(selLock);
for (EACH_HEADER) {
if (hi->isPreoptimized()) continue;
bool isBundle = hi->isBundle();
SEL *sels = _getObjc2SelectorRefs(hi, &count);
UnfixedSelectors += count;
for (i = 0; i < count; i++) {
// sel_cname 将 SEL 强转为 char 类型
const char *name = sel_cname(sels[i]);
// 注册 SEL 的操作
sels[i] = sel_registerNameNoLock(name, isBundle);
}
}
}
(5) fixupMessageRef
// 修复旧的函数指针调用遗留
for (EACH_HEADER) {
message_ref_t *refs = _getObjc2MessageRefs(hi, &count);
if (count == 0) continue;
if (PrintVtables) {
_objc_inform("VTABLES: repairing %zu unsupported vtable dispatch "
"call sites in %s", count, hi->fname());
}
for (i = 0; i < count; i++) {
// 内部将常用的 alloc、objc_msgSend 等函数指针进行注册，并 fix 为新的函数指针
fixupMessageRef(refs+i);
}
}
(6) readProtocol
// 遍历所有协议列表，并且将协议列表加载到Protocol的哈希表中
for (EACH_HEADER) {
extern objc_class OBJC_CLASS_$_Protocol;
// cls = Protocol类，所有协议和对象的结构体都类似，isa都对应Protocol类
Class cls = (Class)&OBJC_CLASS_$_Protocol;
assert(cls);
// 获取protocol哈希表
NXMapTable *protocol_map = protocols();
bool isPreoptimized = hi->isPreoptimized();
bool isBundle = hi->isBundle();
// 从编译器中读取并初始化Protocol
protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
readProtocol(protolist[i], cls, protocol_map,
isPreoptimized, isBundle);
}
}
(7) remapProtocolRef
// 修复协议列表引用，优化后的 images 可能是正确的，但是并不确定
for (EACH_HEADER) {
// 需要注意到是，下面的函数是 _getObjc2ProtocolRefs，和上面的 _getObjc2ProtocolList 不一样
protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolRefs(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
remapProtocolRef(&protolist[I]);
}
}
(8) realizeClassWithoutSwift 分析
初始化类就在这一步，首先将非懒加载类从 Mach-O 里面读取出来，然后通过 realizeClassWithoutSwift 实例化 rw。
// 实现非懒加载的类，对于load方法和静态实例变量
for (EACH_HEADER) {
classref_t *classlist =
_getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
Class cls = remapClass(classlist[i]);
if (!cls) continue;
//... 忽略一些对 cls 的 cache 的一些操作
addClassTableEntry(cls);
//... 忽略无关紧要的代码
// 实现所有非懒加载的类(实例化类对象的一些信息，例如rw)
realizeClassWithoutSwift(cls);
}
}
// 遍历 resolvedFutureClasses 数组，实现懒加载的类
// resolvedFutureClasses 数组是在第二步的时候添加懒加载类的
if (resolvedFutureClasses) {
for (i = 0; i < resolvedFutureClassCount; i++) {
Class cls = resolvedFutureClasses[I];
if (cls->isSwiftStable()) {
_objc_fatal("Swift class is not allowed to be future");
}
// 实现懒加载的类
realizeClassWithoutSwift(cls);
cls->setInstancesRequireRawIsa(false/*inherited*/);
}
free(resolvedFutureClasses);
}
static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls)
{
runtimeLock.assertLocked();
const class_ro_t *ro;
class_rw_t *rw;
Class supercls;
Class metacls;
bool isMeta;
if (!cls) return nil;
// 判断 cls 是否已经初始化，里面是对 data()->flags 的判断
if (cls->isRealized()) return cls;
assert(cls == remapClass(cls));
// 验证类不在共享缓存的未删除部分
ro = (const class_ro_t *)cls->data();
// 判断类是否是未实现的未来类
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
// 是未来的类. rw 已经被初始化
rw = cls->data();
ro = cls->data()->ro;
// 修改 flags
cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else {
// 正常的类. 分配可写的类数据。
// 开辟 rw 内存空间
rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);
rw->ro = ro;
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
cls->setData(rw);
}
// 判断是否是元类
isMeta = ro->flags & RO_META;
rw->version = isMeta ? 7 : 0; // old runtime went up to 6
// 为这个类选择一个索引
// 设置cls->instancesRequireRawIsa如果没有更多的索引可用
cls->chooseClassArrayIndex();
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: realizing class '%s'%s %p %p #%u %s%s",
cls->nameForLogging(), isMeta ? " (meta)" : "",
(void*)cls, ro, cls->classArrayIndex(),
cls->isSwiftStable() ? "(swift)" : "",
cls->isSwiftLegacy() ? "(pre-stable swift)" : "");
}
// 递归调用，实现父类和元类
supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass));
metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()));
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
// 禁用一些类和非指针isa
bool instancesRequireRawIsa = cls->instancesRequireRawIsa();
bool rawIsaIsInherited = false;
static bool hackedDispatch = false;
// 禁用非指针的 isa
if (DisableNonpointerIsa) {
// 非指针isa禁用的环境或应用程序SDK版本
instancesRequireRawIsa = true;
}
else if (!hackedDispatch && !(ro->flags & RO_META) &&
0 == strcmp(ro->name, "OS_object"))
{
// 在 hackedDispatch 里 isa 也充当虚表指针
hackedDispatch = true;
instancesRequireRawIsa = true;
}
else if (supercls && supercls->superclass &&
supercls->instancesRequireRawIsa())
{
// 从元类到根元类设置
instancesRequireRawIsa = true;
rawIsaIsInherited = true;
}
if (instancesRequireRawIsa) {
cls->setInstancesRequireRawIsa(rawIsaIsInherited);
}
// SUPPORT_NONPOINTER_ISA
#endif
// 在重新映射时更新父类和元类
cls->superclass = supercls;
cls->initClassIsa(metacls);
// 协调实例变量的偏移量/布局，可能会重新分配 class_ro_t，更新我们的 ro 变量。
if (supercls && !isMeta) reconcileInstanceVariables(cls, supercls, ro);
// 如果还没有设置就开始设置 fastInstanceSize。
cls->setInstanceSize(ro->instanceSize);
// 将一些标志从 ro 复制到 rw
if (ro->flags & RO_HAS_CXX_STRUCTORS) {
cls->setHasCxxDtor();
if (! (ro->flags & RO_HAS_CXX_DTOR_ONLY)) {
cls->setHasCxxCtor();
}
}
// 从ro或父类中传播关联的对象禁止标志
if ((ro->flags & RO_FORBIDS_ASSOCIATED_OBJECTS) ||
(supercls && supercls->forbidsAssociatedObjects()))
{
rw->flags |= RW_FORBIDS_ASSOCIATED_OBJECTS;
}
// 将这个类连接到它的父类的子类列表，即双向绑定
if (supercls) {
addSubclass(supercls, cls);
} else {
addRootClass(cls);
}
// 修复 cls 的方法列表、协议列表和属性列表，以及附加任何未完成的类别
methodizeClass(cls);
return cls;
}
(8) realizeClassWithoutSwift 分析
初始化类就在这一步，首先将非懒加载类从 Mach-O 里面读取出来，然后通过 realizeClassWithoutSwift 实例化 rw。
// 实现非懒加载的类，对于load方法和静态实例变量
for (EACH_HEADER) {
classref_t *classlist =
_getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
Class cls = remapClass(classlist[i]);
if (!cls) continue;
//... 忽略一些对 cls 的 cache 的一些操作
addClassTableEntry(cls);
//... 忽略无关紧要的代码
// 实现所有非懒加载的类(实例化类对象的一些信息，例如rw)
realizeClassWithoutSwift(cls);
}
}
// 遍历 resolvedFutureClasses 数组，实现懒加载的类
// resolvedFutureClasses 数组是在第二步的时候添加懒加载类的
if (resolvedFutureClasses) {
for (i = 0; i < resolvedFutureClassCount; i++) {
Class cls = resolvedFutureClasses[I];
if (cls->isSwiftStable()) {
_objc_fatal("Swift class is not allowed to be future");
}
// 实现懒加载的类
realizeClassWithoutSwift(cls);
cls->setInstancesRequireRawIsa(false/*inherited*/);
}
free(resolvedFutureClasses);
}
static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls)
{
runtimeLock.assertLocked();
const class_ro_t *ro;
class_rw_t *rw;
Class supercls;
Class metacls;
bool isMeta;
if (!cls) return nil;
// 判断 cls 是否已经初始化，里面是对 data()->flags 的判断
if (cls->isRealized()) return cls;
assert(cls == remapClass(cls));
// 验证类不在共享缓存的未删除部分
ro = (const class_ro_t *)cls->data();
// 判断类是否是未实现的未来类
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
// 是未来的类. rw 已经被初始化
rw = cls->data();
ro = cls->data()->ro;
// 修改 flags
cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else {
// 正常的类. 分配可写的类数据。
// 开辟 rw 内存空间
rw = (class_rw_t *)calloc(sizeof(class_rw_t), 1);
rw->ro = ro;
rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING;
cls->setData(rw);
}
// 判断是否是元类
isMeta = ro->flags & RO_META;
rw->version = isMeta ? 7 : 0; // old runtime went up to 6
// 为这个类选择一个索引
// 设置cls->instancesRequireRawIsa如果没有更多的索引可用
cls->chooseClassArrayIndex();
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: realizing class '%s'%s %p %p #%u %s%s",
cls->nameForLogging(), isMeta ? " (meta)" : "",
(void*)cls, ro, cls->classArrayIndex(),
cls->isSwiftStable() ? "(swift)" : "",
cls->isSwiftLegacy() ? "(pre-stable swift)" : "");
}
// 递归调用，实现父类和元类
supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass));
metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()));
#if SUPPORT_NONPOINTER_ISA
// 禁用一些类和非指针isa
bool instancesRequireRawIsa = cls->instancesRequireRawIsa();
bool rawIsaIsInherited = false;
static bool hackedDispatch = false;
// 禁用非指针的 isa
if (DisableNonpointerIsa) {
// 非指针isa禁用的环境或应用程序SDK版本
instancesRequireRawIsa = true;
}
else if (!hackedDispatch && !(ro->flags & RO_META) &&
0 == strcmp(ro->name, "OS_object"))
{
// 在 hackedDispatch 里 isa 也充当虚表指针
hackedDispatch = true;
instancesRequireRawIsa = true;
}
else if (supercls && supercls->superclass &&
supercls->instancesRequireRawIsa())
{
// 从元类到根元类设置
instancesRequireRawIsa = true;
rawIsaIsInherited = true;
}
if (instancesRequireRawIsa) {
cls->setInstancesRequireRawIsa(rawIsaIsInherited);
}
// SUPPORT_NONPOINTER_ISA
#endif
// 在重新映射时更新父类和元类
cls->superclass = supercls;
cls->initClassIsa(metacls);
// 协调实例变量的偏移量/布局，可能会重新分配 class_ro_t，更新我们的 ro 变量。
if (supercls && !isMeta) reconcileInstanceVariables(cls, supercls, ro);
// 如果还没有设置就开始设置 fastInstanceSize。
cls->setInstanceSize(ro->instanceSize);
// 将一些标志从 ro 复制到 rw
if (ro->flags & RO_HAS_CXX_STRUCTORS) {
cls->setHasCxxDtor();
if (! (ro->flags & RO_HAS_CXX_DTOR_ONLY)) {
cls->setHasCxxCtor();
}
}
// 从ro或父类中传播关联的对象禁止标志
if ((ro->flags & RO_FORBIDS_ASSOCIATED_OBJECTS) ||
(supercls && supercls->forbidsAssociatedObjects()))
{
rw->flags |= RW_FORBIDS_ASSOCIATED_OBJECTS;
}
// 将这个类连接到它的父类的子类列表，即双向绑定
if (supercls) {
addSubclass(supercls, cls);
} else {
addRootClass(cls);
}
// 修复 cls 的方法列表、协议列表和属性列表，以及附加任何未完成的类别
methodizeClass(cls);
return cls;
}
methodizeClass 是将 ro 里面的方法、协议以及属性附加到 rw 里面和把分类中的方法、协议和属性添加到本类中，这也是分类是添加到本类中的时机，下面单独讲解一下这个方法。
static void methodizeClass(Class cls)
{
runtimeLock.assertLocked();
bool isMeta = cls->isMetaClass();
auto rw = cls->data();
auto ro = rw->ro;
// 将 ro 里面的方法附加到 rw 里面去
method_list_t *list = ro->baseMethods();
if (list) {
prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));
rw->methods.attachLists(&list, 1);
}
// 将 ro 里面的属性附加到 rw 里面去
property_list_t *proplist = ro->baseProperties;
if (proplist) {
rw->properties.attachLists(&proplist, 1);
}
// 将 ro 里面的协议附加到 rw 里面去
protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols;
if (protolist) {
rw->protocols.attachLists(&protolist, 1);
}
// 根类获得额外的方法实现，如果它们还没有。这些适用于类别替换之前。
if (cls->isRootMetaclass()) {
// SEL SEL_initialize = NULL;
addMethod(cls, SEL_initialize, (IMP)&objc_noop_imp, "", NO);
}
// Attach categories.
// 返回类的未附加类别列表，并从列表中删除它们。
category_list *cats = unattachedCategoriesForClass(cls, true /*realizing*/);
// 将类别中的方法列表、属性和协议附加到类中
attachCategories(cls, cats, false /*don’t flush caches*/);
if (cats) free(cats);
// ... 忽略一些无关紧要的代码
}
其中 attachLists 出现频率很高，基本上方法、协议、属性都是通过 attachLists 函数附加到对应的列表上的，接下来单独介绍一下这个方法。
void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
if (addedCount == 0) return;
if (hasArray()) {
// many lists -> many lists
uint32_t oldCount = array()->count;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;
// // 将 addedLists 移动到 array，memmove会对拷贝的数据作检查，确保内存没有覆盖，如果发现会覆盖数据，简单的实现是调转开始拷贝的位置，从尾部开始拷贝
memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists,
oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
// 将 addedLists 拷贝到 array()->lists，如果复制的两个区域存在重叠时使用memcpy，其结果是不可预知的，有可能成功也有可能失败的
memcpy(array()->lists, addedLists,
addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
}
else if (!list && addedCount == 1) {
// 0 lists -> 1 list
list = addedLists[0];
}
else {
// 1 list -> many lists，直接追到数组后面
List* oldList = list;
uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
array()->count = newCount;
if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
memcpy(array()->lists, addedLists,
addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
}
}
(9) addUnattachedCategoryForClass
// 发现和处理所有Category
for (EACH_HEADER) {
// 外部循环遍历找到当前类，查找类对应的Category数组
category_t **catlist =
_getObjc2CategoryList(hi, &count);
bool hasClassProperties = hi->info()->hasCategoryClassProperties();
for (i = 0; i < count; i++) {
// 内部循环遍历当前类的所有Category
category_t *cat = catlist[I];
Class cls = remapClass(cat->cls);
if (!cls) {
// 类别的目标类丢失(可能是弱链接)
catlist[i] = nil;
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: IGNORING category \?\?\?(%s) %p with "
"missing weak-linked target class",
cat->name, cat);
}
continue;
}
// 首先，通过其所属的类注册Category。如果这个类已经被实现，则重新构造类的方法列表。
bool classExists = NO;
if (cat->instanceMethods || cat->protocols
|| cat->instanceProperties)
{
// 将Category添加到对应Class的value中，value是Class对应的所有category数组
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls, hi);
// 将Category的method、protocol、property添加到Class
// 判断 cls 是否实现
if (cls->isRealized()) {
remethodizeClass(cls);
classExists = YES;
}
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: found category -%s(%s) %s",
cls->nameForLogging(), cat->name,
classExists ? "on existing class" : "");
}
}
// 这块和上面逻辑一样，区别在于这块是对Meta Class做操作，而上面则是对Class做操作
// 根据下面的逻辑，从代码的角度来说，是可以对元类添加Category的
if (cat->classMethods || cat->protocols
|| (hasClassProperties && cat->_classProperties))
{
addUnattachedCategoryForClass(cat, cls->ISA(), hi);
if (cls->ISA()->isRealized()) {
remethodizeClass(cls->ISA());
}
if (PrintConnecting) {
_objc_inform("CLASS: found category +%s(%s)",
cls->nameForLogging(), cat->name);
}
}
}
// 初始化从磁盘中加载的所有类，发现Category必须是最后执行的
// 从runtime DebugNonFragileIvars字段一直是 false，所以不会进入这个方法中
if (DebugNonFragileIvars) {
realizeAllClasses();
}
//... 忽略一些打印的代码
}
(10) 小拓展
在 read_images 里经常出现 _getObjc2ClassRefs 之类的代码，这是从 Mach-O 文件里面读取相应 setion 段的数据，我们通过 MachOView 可以看到相关 setion 段的信息。
image.png
- load_images 分析
load_images 函数是对 load 方法的加载和调用，接下来我们就来看看底层是怎么对 load 处理的。
void
load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)
{
// 如果这里没有+load方法，则返回时不带锁。
if (!hasLoadMethods((const headerType *)mh)) return;
recursive_mutex_locker_t lock(loadMethodLock);
{
mutex_locker_t lock2(runtimeLock);
// 准备 load 方法
prepare_load_methods((const headerType *)mh);
}
// 调用 load 方法
call_load_methods();
}
进到 prepare_load_methods 可以看到系统是如何加载 load 方法的。
void prepare_load_methods(const headerType *mhdr)
{
size_t count, i;
runtimeLock.assertLocked();
// 获取非懒加载类列表
classref_t *classlist =
_getObjc2NonlazyClassList(mhdr, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
// 循环遍历去加载非懒加载类的 load 方法到 loadable_classes
schedule_class_load(remapClass(classlist[i]));
}
// 获取非懒加载分类列表
category_t **categorylist = _getObjc2NonlazyCategoryList(mhdr, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
category_t *cat = categorylist[i];
Class cls = remapClass(cat->cls);
if (!cls) continue; // category for ignored weak-linked class
if (cls->isSwiftStable()) {
_objc_fatal("Swift class extensions and categories on Swift "
"classes are not allowed to have +load methods");
}
// 如果本类没有初始化就去初始化
realizeClassWithoutSwift(cls);
assert(cls->ISA()->isRealized());
// 循环遍历去加载非懒加载分类的 load 方法到 loadable_categories
// 和非懒加载类差不多，就是数组不一样
add_category_to_loadable_list(cat);
}
}
static void schedule_class_load(Class cls)
{
if (!cls) return;
assert(cls->isRealized()); // _read_images should realize
if (cls->data()->flags & RW_LOADED) return;
// 常规操作，递归调用父类加载 load 方法
schedule_class_load(cls->superclass);
// 将 load 方法加载到 loadable_classes
add_class_to_loadable_list(cls);
cls->setInfo(RW_LOADED);
}
void add_class_to_loadable_list(Class cls)
{
IMP method;
loadMethodLock.assertLocked();
// 获取 load 方法的 imp
method = cls->getLoadMethod();
// 如果没有 load 方法直接返回
if (!method) return;
if (PrintLoading) {
_objc_inform("LOAD: class '%s' scheduled for +load",
cls->nameForLogging());
}
// 扩容
if (loadable_classes_used == loadable_classes_allocated) {
loadable_classes_allocated = loadable_classes_allocated*2 + 16;
loadable_classes = (struct loadable_class *)
realloc(loadable_classes,
loadable_classes_allocated *
sizeof(struct loadable_class));
}
// loadable_classes 添加 load 方法
loadable_classes[loadable_classes_used].cls = cls;
loadable_classes[loadable_classes_used].method = method;
loadable_classes_used++;
}
从上面准备 load 方法的代码，可以看出，是先去加载父类的，然后再加载本类，之后再去加载分类的 load 方法。我们再看看是怎么调用 load 方法的。
void call_load_methods(void)
{
static bool loading = NO;
bool more_categories;
loadMethodLock.assertLocked();
// 保证只调用一次
if (loading) return;
loading = YES;
void *pool = objc_autoreleasePoolPush();
// do while 循环调用 load 方法
do {
// 1.重复调用非懒加载类的 load，直到没有更多的
while (loadable_classes_used > 0) {
call_class_loads();
}
// 2.调用非懒加载分类的 load 方法，和非懒加载类差不多
more_categories = call_category_loads();
// 3. 如果有类或更多未尝试的类别，则运行更多 load
} while (loadable_classes_used > 0 || more_categories);
objc_autoreleasePoolPop(pool);
loading = NO;
}
static void call_class_loads(void)
{
int i;
// 取出 loadable_classes
struct loadable_class *classes = loadable_classes;
int used = loadable_classes_used;
loadable_classes = nil;
loadable_classes_allocated = 0;
loadable_classes_used = 0;
// 调用保存在 loadable_classes 里的 load 方法
for (i = 0; i < used; i++) {
Class cls = classes[i].cls;
load_method_t load_method = (load_method_t)classes[i].method;
if (!cls) continue;
if (PrintLoading) {
_objc_inform("LOAD: +[%s load]\n", cls->nameForLogging());
}
// 发送 load 消息
(*load_method)(cls, SEL_load);
}
// 释放内存
if (classes) free(classes);
}
总结看 load 的调用，可以得出，load 的调用顺序是：父类->本类->分类。
- unmap_image 分析
unmap_image 是用来处理将被 dyld 取消映射的给定 images。
void
unmap_image(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)
{
recursive_mutex_locker_t lock(loadMethodLock);
mutex_locker_t lock2(runtimeLock);
unmap_image_nolock(mh);
}
void
unmap_image_nolock(const struct mach_header *mh)
{
if (PrintImages) {
_objc_inform("IMAGES: processing 1 newly-unmapped image...\n");
}
header_info *hi;
// 查找映像的运行时 header_info 结构
for (hi = FirstHeader; hi != NULL; hi = hi->getNext()) {
if (hi->mhdr() == (const headerType *)mh) {
break;
}
}
if (!hi) return;
if (PrintImages) {
_objc_inform("IMAGES: unloading image for %s%s%s\n",
hi->fname(),
hi->mhdr()->filetype == MH_BUNDLE ? " (bundle)" : "",
hi->info()->isReplacement() ? " (replacement)" : "");
}
// 目前只处理 MH_BUNDLE
_unload_image(hi);
// 从标题列表中删除 header_info
removeHeader(hi);
free(hi);
}
四、 总结
1.类的加载会先来到 _objc_init 函数，执行 _dyld_objc_notify_register，再通过 dyld 的 registerObjCNotifiers 回调到 _dyld_objc_notify_register 并执行 map_images、load_images、unmap_image。
2.map_images 加载镜像文件，_read_images 读取镜像文件并加载类。
3.第一次调用 _read_images 的时候会去初始化两张表 gdb_objc_realized_classes 和 allocatedClasses 进行类信息的存储。
4.初始化表之后就是调用 readClass 是将类插入到 allocatedClasses 表中的。
5.然后再通过 remapClassRef 进行修复类的重映射和 fixupMessageRef 修复旧的函数指针调用遗留。
6.类处理完之后就是添加协议和方法都注册到哈希表中，方便以后对其进行调用。
7.再通过 realizeClassWithoutSwift 去初始化类，其中是对类的 rw 实例化，以及将 ro 数据赋值到 rw 上。
8.load_images 是对 load 方法的处理以及调用，调用顺序是 父类->本类->分类，而有多个分类 load 的时候是根据编译顺序执行的。
9.unmap_image 是用来处理将被 dyld 取消映射的给定 images。
