前言

• 在上一篇中我們了解了dyld加載的流程，此篇我們將介紹dyld與objc的關(guān)聯(lián)。

dyld 加載流程

_objc_init分析

• _objc_init源碼解析

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;

    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    //讀取運(yùn)行時的環(huán)境變量，可以透過打開環(huán)境變量幫助 export OBJC_HELP = 1
    environ_init();
    //關(guān)於線程key的綁定，例如線程數(shù)據(jù)的析構(gòu)函數(shù)
    tls_init();
    //運(yùn)行C++靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)，在dyld調(diào)用我們的靜態(tài)析構(gòu)函數(shù)之前，libc會調(diào)用_objc_init()
    static_init();
    //runtime運(yùn)行時環(huán)境初始化，裡面主要是unattachedCategories，allocatedClasses -- 分類初始化
    runtime_init();
    //初始化libobjc的異常處理系統(tǒng)
    exception_init();
    //緩存條件初始化
    cache_init();
    //啟動回調(diào)機(jī)制，通常這不會做什麼，因為所有的初始化都是惰性的，但是對於某些進(jìn)程，我們會迫不及待的加載Trampolines dylib
    _imp_implementationWithBlock_init();

    /*
    _dyld_objc_notify_register -> dyld 註冊的地方
    - 僅供objc運(yùn)行時使用
    - 註冊處理程序，以便在映射，取消映射 和初始化objc鏡像文件時使用，dyld將使用包含objc-image-info的鏡像文件數(shù)組，回調(diào)mapped函數(shù)

     map_image：dyld將image鏡像文件加載進(jìn)內(nèi)存時 會觸發(fā)函數(shù)
     load_images：dyld初始化image會觸發(fā)該函數(shù)
     unmap_image：dyld將image移除時會觸發(fā)該函數(shù)
    */

    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

#if __OBJC2__
    didCallDyldNotifyRegister = true;
#endif
}

environ_init方法：環(huán)境變量初始化

• environ_init方法的部分源碼如下
• 省略部分邏輯，顯示關(guān)鍵部分

/***********************************************************************
* environ_init
* Read environment variables that affect the runtime.
* Also print environment variable help, if requested.
**********************************************************************/
void environ_init(void) 
{
//省略部分邏輯
for (size_t i = 0; i < sizeof(Settings)/sizeof(Settings[0]); i++) {
            const option_t *opt = &Settings[i];            
            if (PrintHelp) _objc_inform("%s: %s", opt->env, opt->help);
            if (PrintOptions && *opt->var) _objc_inform("%s is set", opt->env);
        }
}

打印環(huán)境變量

• 我們可以透過以下兩種方式達(dá)到打印環(huán)境變量的效果
• 第一種：將打印變量的for循環(huán)單獨(dú)拿出，如下圖所示

• 第二種：透過終端機(jī)修改環(huán)境變量

這個環(huán)境變量，可以透過xcode的target -> Edit Scheme -> Run -> Arguments -> Environment Variables 進(jìn)行配置，如下圖

示範(fàn)一：OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA

• 透過修改環(huán)境變量OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA 設(shè)置為YES，如下圖所示

• 在未設(shè)置時OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA 前，isa地址的二進(jìn)制打印末尾為1，如下圖

• 在設(shè)置了OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA 後，isa地址的二進(jìn)制打印末尾為0，如下圖

• 由此我們可以看到，我們可以透過修改環(huán)境變量OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA來改變isa的第一位，即isa優(yōu)化開關(guān)，進(jìn)而優(yōu)化整個內(nèi)存結(jié)構(gòu)。

示範(fàn)二：OBJC_PRINT_LOAD_METHODS

• 在LGPerson類中重寫+load方法。
• 透過修改環(huán)境變量OBJC_PRINT_LOAD_METHODS 設(shè)置為YES，可以監(jiān)控所有+load方法。

• 所以我們可以透過OBJC_PRINT_LOAD_METHODS 監(jiān)控load方法，從而處理啟動優(yōu)化

tls_init方法：線程key的綁定

tls_init方法主要是對於本地線程的初始化以及析構(gòu)，源碼如下

void tls_init(void)
{
#if SUPPORT_DIRECT_THREAD_KEYS //本地線程池，用來進(jìn)行處理
    pthread_key_init_np(TLS_DIRECT_KEY, &_objc_pthread_destroyspecific); //初始化init
#else
    _objc_pthread_key = tls_create(&_objc_pthread_destroyspecific); //析構(gòu)
#endif
}

static_init:運(yùn)行系統(tǒng)級別的C++靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)

主要是運(yùn)行行系統(tǒng)級別的C++靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)，在dyld調(diào)用我們的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)之前，libc調(diào)用_objc_init方法，即系統(tǒng)級別的C++構(gòu)造函數(shù) 比 自定義的C++構(gòu)造函數(shù) 先運(yùn)行

/***********************************************************************
* static_init
* Run C++ static constructor functions.
* libc calls _objc_init() before dyld would call our static constructors, 
* so we have to do it ourselves.
**********************************************************************/
static void static_init()
{
    size_t count;
    auto inits = getLibobjcInitializers(&_mh_dylib_header, &count);
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        inits[i]();
    }
}

runtime_init：運(yùn)行時環(huán)境初始化

主要是運(yùn)行時的環(huán)境初始化，主要分為兩個部分，分類初始化，類的表初始化

void runtime_init(void)
{
    objc::unattachedCategories.init(32);//分類初始化
    objc::allocatedClasses.init(); //初始化 -> 開闢類的表
}

exception_init方法：初始化libobjc的異常處理系統(tǒng)

主要是初始化libobjc的異常處理系統(tǒng)，註冊異常處理的回調(diào)，從而監(jiān)控、監(jiān)控異常的處理，源碼如下

/***********************************************************************
* exception_init
* Initialize libobjc's exception handling system.
* Called by map_images().
**********************************************************************/
void exception_init(void)
{
    old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
}

• 當(dāng)有crash(所謂的crash是指系統(tǒng)發(fā)生不允許的一些指令，然後系統(tǒng)給的一些信號)，發(fā)生時，會來到_objc_terminate方法，走到uncaught_handler扔出異常。

/***********************************************************************
* _objc_terminate
* Custom std::terminate handler.
*
* The uncaught exception callback is implemented as a std::terminate handler. 
* 1\. Check if there's an active exception
* 2\. If so, check if it's an Objective-C exception
* 3\. If so, call our registered callback with the object.
* 4\. Finally, call the previous terminate handler.
**********************************************************************/
static void (*old_terminate)(void) = nil;
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)();
        }
    }
}

• 搜索uncaught_handler，在app層會傳入一個函數(shù)用於處理異常，以便於調(diào)用函數(shù)，然後到原有的app層中，如下所示其中fn即為傳入的函數(shù)，即uncaught_handler 等於fn

/***********************************************************************
* objc_setUncaughtExceptionHandler
* Set a handler for uncaught Objective-C exceptions. 
* Returns the previous handler. 
**********************************************************************/
objc_uncaught_exception_handler 
objc_setUncaughtExceptionHandler(objc_uncaught_exception_handler fn)
{
    objc_uncaught_exception_handler result = uncaught_handler;
    uncaught_handler = fn;
    return result;
}

crash分類

crash的主要原因是收到了未處理的信號，主要來源於三個地方：

• kernel 內(nèi)核
• 其他進(jìn)行
• App本身

所以相對應(yīng)的crash也分為三種

• Mach異常：是指最底層的內(nèi)核級異常，開發(fā)者可以直接透過Mach API設(shè)置thread，task，host的異常端口，來補(bǔ)獲Mach異常
• Unix信號:又稱BSD信號，如果開發(fā)者沒有捕獲Mach異常，則會被host層的方法ux_exception()將異常轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的UNIX信號，並通過方法threadsignal()將信號投遞到出錯的線程.可以通過方法signal(x, SignalHandler) 來捕獲single
• NSException 應(yīng)用級異常：它是未被捕獲的Objective-C異常，導(dǎo)致程序像自身發(fā)送了SIGABRT信號而崩潰，對於未捕獲的Objective-C異常，可以使用try catch來捕獲的，或者通過NSSetUncaughtExceptionHandler()機(jī)制捕獲。

針對應(yīng)用級異常，可以通過註冊異常捕獲的函數(shù)，即NSSetUncaughtExceptionHandler 機(jī)制，實(shí)現(xiàn)線程?；?，收集上傳崩潰日誌。

應(yīng)用級crash攔截

所以在開發(fā)中，會針對crash進(jìn)行攔截處理，即app代碼中的一個異常句柄NSSetUncaughtExceptionHandler，傳入一個函數(shù)給系統(tǒng)，當(dāng)異常發(fā)生後，調(diào)用函數(shù)(函數(shù)中可以線程保活，收集並上傳崩潰日誌)，然後回到原有的app層中，其本質(zhì)就是一個回調(diào)函數(shù)，如下圖所示

• 上述方式只適合收集應(yīng)用級異常，我們要做的就是用自定義的函數(shù)替代ExceptionHandler即可。

cache_init:緩存初始化

• 主要是緩存初始化，源碼如下

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++;
    }
    //為當(dāng)前任務(wù)註冊一組可重新啟動的緩存
    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
}

_imp_implementationWithBlock_init 啟動回調(diào)機(jī)制

該方法主要是啟動回調(diào)機(jī)制，通常這不會做什麼，因為所有的初始化都是惰性的，但是對於某些進(jìn)程，我們會迫不及待的加載libobjc-trampolines.dylib 其源碼如下

/// Initialize the trampoline machinery. Normally this does nothing, as
/// everything is initialized lazily, but for certain processes we eagerly load
/// the trampolines dylib.
void
_imp_implementationWithBlock_init(void)
{
#if TARGET_OS_OSX
    // Eagerly load libobjc-trampolines.dylib in certain processes. Some
    // programs (most notably QtWebEngineProcess used by older versions of
    // embedded Chromium) enable a highly restrictive sandbox profile which
    // blocks access to that dylib. If anything calls
    // imp_implementationWithBlock (as AppKit has started doing) then we'll
    // crash trying to load it. Loading it here sets it up before the sandbox
    // profile is enabled and blocks it.
    // 在某些進(jìn)程中渴望加載libobjc-trampolines.dylib。一些程序（最著名的是嵌入式Chromium的較早版本使用的QtWebEngineProcess）啟用了嚴(yán)格限制的沙箱配置文件，從而阻止了對該dylib的訪問。如果有任何調(diào)用imp_implementationWithBlock的操作（如AppKit開始執(zhí)行的操作），那麼我們將在嘗試加載它時崩潰。將其加載到此處可在啟用沙箱配置文件之前對其進(jìn)行設(shè)置並阻止它。
    // This fixes EA Origin (rdar://problem/50813789)
    // and Steam (rdar://problem/55286131)
    if (__progname &&
        (strcmp(__progname, "QtWebEngineProcess") == 0 ||
         strcmp(__progname, "Steam Helper") == 0)) {
        Trampolines.Initialize();
    }
#endif
}

_dyld_objc_notify_register：dyld註冊

_dyld_objc_notify_register方法

這個方法的具體實(shí)現(xiàn)在上一篇dyld加載已經(jīng)有詳細(xì)說明，其源碼實(shí)現(xiàn)是在dyld源碼中，以下是_dyld_objc_notify_register 方法的聲明

//
// Note: only for use by objc runtime
// Register handlers to be called when objc images are mapped, unmapped, and initialized.
// Dyld will call back the "mapped" function with an array of images that contain an objc-image-info section.
// Those images that are dylibs will have the ref-counts automatically bumped, so objc will no longer need to
// call dlopen() on them to keep them from being unloaded.  During the call to _dyld_objc_notify_register(),
// dyld will call the "mapped" function with already loaded objc images.  During any later dlopen() call,
// dyld will also call the "mapped" function.  Dyld will call the "init" function when dyld would be called
// initializers in that image.  This is when objc calls any +load methods in that image.
//
void _dyld_objc_notify_register(_dyld_objc_notify_mapped    mapped,
                                _dyld_objc_notify_init      init,
                                _dyld_objc_notify_unmapped  unmapped);

從註釋中可以看出

• 僅提供objc運(yùn)行時使用
• 註冊處理程序，以便在映射，取消映射和初始化objc圖像時調(diào)用
• dyld將會通過一個包含objc-image-info的鏡像文件的數(shù)組回調(diào)mapped函數(shù)

方法中的三個參數(shù)分別表示的含義如下：

• map_image: dyld將image(鏡像文件)加載進(jìn)內(nèi)存，會觸發(fā)該函數(shù)
• load_image: dyld初始化image會觸發(fā)該函數(shù)
• unmap_image: dyld將將image移除時，會觸發(fā)該函數(shù)

dyld與objc關(guān)聯(lián)

//dyld源碼->具體實(shí)現(xiàn)
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);
}
//libobjc源碼中->調(diào)用
_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

從上述的調(diào)用與具體實(shí)現(xiàn)的源碼可以看出

• mapped等價於map_images
• init等價於load_images
• unmapped等價於unmap_image

在dyld加載中，我們知道load_images 是在notifySingle 方法中，通過sNotifyObjcInit調(diào)用，如下所示

然後通過查找sNotifyObjCInit，最終找到了_dyld_objc_notify_register-> registerObjCNotifiers 在該方法中將_dyld_objc_notify_register 傳入的參數(shù)賦值給了三個回調(diào)方法。

依照調(diào)用關(guān)係我們發(fā)現(xiàn)

• sNotifyObjCMapped == mapped == map_images
• sNotifyObjCInit == init == load_images
• sNotifyObjCUnmapped == unmapped == unmap_image

map_images調(diào)用時機(jī)

• 關(guān)於load_images的調(diào)用時機(jī)已經(jīng)在dyld加載流程講解過，下面以map_images為例，看看其調(diào)用時機(jī)
• dyld中全局搜索sNotifyObjcMapped ：registerObjCNotifiers -- notifyBatchPartial -- sNotifyObjCMapped

• 全局搜索notifyBatchPartial ，在registerObjCNotifiers 方法中調(diào)用

所以有以下結(jié)論map_images是先於load_images調(diào)用，即先map_images ，再load_images

• 結(jié)合上一篇dyld加載流程，dyld與Objc的關(guān)聯(lián)如下圖所示

• 在dyld中註冊回調(diào)函數(shù)，可以理解為 添加觀察者

• 在objc中dyld註冊，可以理解為發(fā)送通知

• 觸發(fā)回調(diào)，可以理解為執(zhí)行通知selector