十四、dyld和objc的关联

上篇文章十三、应用程序的加载讲到dyld加载中会调用_objc_init。这篇文章我们就来仔细研究一下_objc_init方法都做了哪些工作

其实我们在十二、+ load方法分析也用到了_objc_init 的实现, 这里我们再写下

_objc_init

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    environ_init();
    tls_init();
    static_init();
    runtime_init();
    exception_init();
    cache_init();
    _imp_implementationWithBlock_init();

    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

#if __OBJC2__
    didCallDyldNotifyRegister = true;
#endif
}

1. 环境变量初始化（environ_init）

读取影响运行时的环境变量。如果需要，还可以打印环境变量帮助。

我们可以点击进入环境变量初始化 environ_init 方法，将控制环境变量打印信息的条件都屏蔽掉，代码如下所示：

for (size_t i = 0; i < sizeof(Settings)/sizeof(Settings[0]); i++) {
        const option_t *opt = &Settings[i];
        _objc_inform("%s: %s", opt->env, opt->help);
        _objc_inform("%s is set", opt->env);
    }

控制台打印日志如下：

···
objc[38640]: OBJC_DISABLE_TAG_OBFUSCATION is set
objc[38640]: OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA: disable non-pointer isa fields
objc[38640]: OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA is set
objc[38640]: OBJC_DISABLE_INITIALIZE_FORK_SAFETY: disable safety checks for +initialize after fork
objc[38640]: OBJC_DISABLE_INITIALIZE_FORK_SAFETY is set

在不设置环境变量 OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA 的时候，打印 person 的 isa 信息

lldb) x/4gx person
0x1010b5680: 0x001d800100008265 0x0000000000000000
0x1010b5690: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) p/t 0x001d800100008265
(long) $1 = 0b0000000000011101100000000000000100000000000000001000001001100101

然后设置环境变量 OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA 为 YES，之后再次打印 person 的 isa 信息

image

(lldb) x/4gx person
0x100a09f20: 0x0000000100008260 0x0000000000000000
0x100a09f30: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
(lldb) p/t 0x0000000100008260
(long) $1 = 0b0000000000000000000000000000000100000000000000001000001001100000

这里我们可以看到最后一位的变换：由 1 变为 0，在四、isa与类关联的原理中我们介绍过，最后一位就是 nonpointer 位，表示是否对 isa 指针开启指针优化。 0：纯 isa 指针；1：不止是类对象地址。isa 中包含了类信息、对象的引用计数等。

我们设置打印所有加载的文件的相关的load方法，设置环境 OBJC_PRINT_LOAD_METHODS = YES然后再次打印，控制台日志如下：

···
objc[39088]: LOAD: class 'NSApplication' scheduled for +load
objc[39088]: LOAD: class 'NSBinder' scheduled for +load
objc[39088]: LOAD: class 'NSColorSpaceColor' scheduled for +load
objc[39088]: LOAD: class 'NSNextStepFrame' scheduled for +load
objc[39088]: LOAD: category 'NSColor(NSUIKitSupport)' scheduled for +load
objc[39088]: LOAD: +[NSApplication load]
···

2. tls_init：关于线程key的绑定 - 比如每线程数据的析构函数

void tls_init(void)
{
#if SUPPORT_DIRECT_THREAD_KEYS
    pthread_key_init_np(TLS_DIRECT_KEY, &_objc_pthread_destroyspecific);
#else
    _objc_pthread_key = tls_create(&_objc_pthread_destroyspecific);
#endif
}

3. static_init

运行C++静态构造函数
在dyld调用我们的静态构造函数之前，libc 会调用 _objc_init()，因此我们必须自己做

4. runtime运行时环境初始化（runtime_init）

void runtime_init(void)
{
    objc::unattachedCategories.init(32);  // 分类的初始化
    objc::allocatedClasses.init(); // 储存加载完毕的类的方法
}

5. 异常信息的初始化（exception_init）

我们可以通过设置回调函数来拦截异常信息

6.缓存条件初始化（cache_init）

7. 启动回调机制（_imp_implementationWithBlock_init）

通常这不会做什么，因为所有的初始化都是惰性的，但是对于某些进程，我们会迫不及待地加载trampolines dylib。

8. _dyld_objc_notify_register

_dyld_objc_notify_register 这个方法是跨库执行的，在苹果开源的 dyld 源码里面可以找到，然后看到调用了 dyld::registerObjCNotifiers 这个方法：

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
    }

    //  call 'init' function on all images already init'ed (below libSystem)
    for (std::vector::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());
        }
    }
}

8.1 load_images

接下来我们分析一下 registerObjCNotifiers 方法的第二个参数 init，（也就是_dyld_objc_notify_register 方法中的 load_images 参数）方法里面有sNotifyObjCInit = init; 这个赋值语句，接下来我们在 dyld 源码中全局搜索一下 sNotifyObjCInit ，会发现在 notifySingle 方法中有 sNotifyObjCInit 的调用：

(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());

所以在 ObjC 中 _objc_init 方法里调用的 _dyld_objc_notify_register 方法终于在 dyld 源码中找到其真正调用的地方，终于找到了它们真正的关联关系了。

8.2 map_images

那么 _dyld_objc_notify_register 方法中的 map_images 参数呢？接下来我们继续找 registerObjCNotifiers 方法中的 sNotifyObjCMapped = mapped; 这一赋值语句，在 dyld 源码中全局搜索一下 sNotifyObjCMapped ，同样会发现在 notifyBatchPartial 方法中有 sNotifyObjCMapped 的调用：

(*sNotifyObjCMapped)(objcImageCount, paths, mhs);

所以说 ObjC 中 _objc_init 方法的调用时离不开 dyld 的，它们之间有着紧密的联系。

我们还可以继续探索一下 map_images，进入到 objc_781 源码，全局搜索相关的函数调用 map_images ，我们能进入相关的函数调用过程：

void
map_images(unsigned count, const char * const paths[],
           const struct mach_header * const mhdrs[])
{
    mutex_locker_t lock(runtimeLock);
    return map_images_nolock(count, paths, mhdrs);
}

再进入到 map_images_nolock 方法中，我们能发现其中有很多加载相关类的信息 _read_images：

if (hCount > 0) {
    _read_images(hList, hCount, totalClasses, unoptimizedTotalClasses);
}

我们知道，map_images 这个函数的主要功能就是为了映射相关的类信息，所以此处才是我们研究的重点，接着进入到相关的类方法的定义 _read_images 方法，顺着源码分析我们能得到很多关于类的信息：

条件控制进⾏⼀次的加载
修复预编译阶段的 @selector 的混乱问题
错误混乱的类处理
修复重映射⼀些没有被镜像⽂件加载进来的类
修复⼀些消息!
当我们类⾥⾯有协议的时候 : readProtocol
修复没有被加载的协议
分类处理
类的加载处理
没有被处理的类优化那些被侵犯的类