OC底層原理十七：類的加載(上) read_images & 懶加載類

OC底層原理學(xué)習(xí)大綱

上一節(jié)伦吠，我們了解了dyld和objc的關(guān)聯(lián)循榆，但是 map_images是如何將鏡像從macho中映射到內(nèi)存的呢咖驮？

dyld與objc關(guān)聯(lián)

本節(jié)內(nèi)容：

_read_images結(jié)構(gòu)分析
類的加載（上）
2.1 readClass 讀取類
2.2 realizeClassWithoutSwift 實現(xiàn)類
2.3 methodizeClass 整理類
懶加載和非懶加載的區(qū)別

準(zhǔn)備工作:

可編譯的objc4-781源碼: http://www.reibang.com/p/45dc31d91000

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

1. `_read_images`結(jié)構(gòu)分析

打開objc4源碼沮稚，找到_objc_init，進(jìn)入map_images：

void _objc_init(void)
{
    ... ...
    // 注冊
    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);
}

// ?? 進(jìn)入map_images
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);
}

進(jìn)入map_images_nolock，找到核心代碼_read_images讀取鏡像:

image.png

以下是_read_images源碼結(jié)構(gòu)：

image.png

條件控制進(jìn)行一次的加載

修復(fù)預(yù)編譯階段的@selector的混亂問題

類處理

修復(fù)重映射一些沒被鏡像文件加載進(jìn)來的類

修復(fù)一些消息

當(dāng)類中有協(xié)議時：readProtocol

修復(fù)沒被加載的協(xié)議

分類處理

實現(xiàn)非懶加載類

沒被處理的類（優(yōu)化哪些被侵犯的類）

這里內(nèi)容較多侨颈，我們先抓重點：macho讀取到內(nèi)存雀久，最重要的是類信息的讀取。

我們發(fā)現(xiàn)首先對類進(jìn)行操作的是第3步類處理寥裂。主要函數(shù)是readClass類的讀取:

image.png

我們進(jìn)入readClass嵌洼，詳細(xì)了解內(nèi)部功能??

2. 類的加載（上）

先加上測試代碼，使用自定義HTPerson類封恰，便于定位和驗證：

@interface HTPerson : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *ht_name;
@property (nonatomic, assign) int ht_age;

- (void)ht_func1;
- (void)ht_func3;
- (void)ht_func2;

+ (void)ht_classFunc;

@end

@implementation HTPerson

- (void)ht_func1 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)ht_func3 { NSLog(@"%s",__func__); };
- (void)ht_func2 { NSLog(@"%s",__func__); };

+ (void)ht_classFunc { NSLog(@"%s",__func__); };

@end

2.1 readClass 讀取類

小技巧：

源碼中加入類的判斷語句麻养，精準(zhǔn)定位來分析自己的類。

在readClass函數(shù)內(nèi)加入識別HTPerson的測試代碼诺舔，在測試代碼區(qū)域加入斷點(下圖僅在3196行加入斷點)鳖昌，運行代碼：

image.png

代碼進(jìn)入斷點备畦，確認(rèn)是HTPerson類后，我們加斷點運行(上圖3227遗遵、3241行)萍恕，發(fā)現(xiàn)沒進(jìn)入類的讀取和加載區(qū)域。
我們單步執(zhí)行车要，查看具體流程：

image.png

發(fā)現(xiàn)進(jìn)入了addNamedClass函數(shù)允粤。

image.png

參數(shù)mangledName 是當(dāng)前類名：

已實現(xiàn)的類，從內(nèi)存讀纫硭辍类垫；未實現(xiàn)的類，從machO讀取

image.png

進(jìn)入addNamedClass函數(shù)：

image.png

發(fā)現(xiàn)主要是將類名插入類表中琅坡，NXMapInsert內(nèi)部有關(guān)于類名哈希悉患、表擴(kuò)容、插入算法等細(xì)節(jié)介紹榆俺。此處不做拓展售躁。
我們返回上一步，查看下一個addClassTableEntry函數(shù)：

image.png

細(xì)節(jié)：

此處會將本類和元類都注冊到類表中

當(dāng)前類表中的本類和元類茴晋，都只有名字陪捷、地址，數(shù)據(jù)還沒寫入

我們發(fā)現(xiàn)第3步類處理 readClass內(nèi)部并沒有完成類的加載,僅僅將類名和類地址記錄到類表中诺擅。

返回_read_images中市袖，繼續(xù)尋找與類相關(guān)的步驟，發(fā)現(xiàn)第9步實現(xiàn)非懶加載類和第10步沒被處理的類（優(yōu)化哪些被侵犯的類）都調(diào)用了realizeClassWithoutSwift函數(shù)烁涌，對類進(jìn)行實現(xiàn)苍碟。

2.2 realizeClassWithoutSwift 實現(xiàn)類

我們在_read_images函數(shù)的第9步和第10步分別加上測試代碼：

     const char * mangledName = cls->mangledName();
     const char * HTPersonName = "HTPerson";
            
     if (strcmp(mangledName, HTPersonName) == 0) {
         printf("resolvedFutureClasses: 精準(zhǔn)定位 %s \n", HTPersonName);
     }

image.png

然而，尷尬的是... 都沒有執(zhí)行到 ??
(倔強(qiáng)的我撮执，HTPerson類進(jìn)入_read_images后微峰，單步斷點一步步的測試，確實發(fā)現(xiàn)HTPerson類沒有實現(xiàn))

思考：此處是app啟動前抒钱，dyld調(diào)用_objc_init县忌，執(zhí)行map_images，發(fā)現(xiàn)自定義的HTPerson類沒有加載

如果你在開發(fā)中用過lazy懶加載继效，就應(yīng)該能聯(lián)想到蘋果的設(shè)計機(jī)制症杏。沒錯，此處也是懶加載模式瑞信。

當(dāng)類沒被調(diào)用時厉颤，我們只會存儲類名、類地址

真正被調(diào)用時凡简，會檢查是否實現(xiàn)逼友，未實現(xiàn)就會觸發(fā)實現(xiàn)精肃。

是否是懶加載類，關(guān)鍵在于是否實現(xiàn)了+load方法帜乞。 （沒實現(xiàn)+load方法是懶加載類司抱，實現(xiàn)了就是非懶加載類）

我們在HTperson類的測試代碼中加入+load的實現(xiàn)：

+ (void)load { NSLog(@"%s",__func__); };

再次運行代碼，按照上述流程黎烈，發(fā)現(xiàn)精準(zhǔn)定位到了【9.實現(xiàn)非懶加載類】：

image.png

進(jìn)入realizeClassWithoutSwift內(nèi)部：

realizeClassWithoutSwift

Q：賦值后bits為何為空习柠？

image.png

所以此刻賦值已成功，但是還未寫入內(nèi)存

ro的讀取：

image.png

WWDC2020視頻Advancements in the Objective-C runtime有介紹照棋，據(jù)蘋果官方統(tǒng)計资溃，只有10%的類需要動態(tài)修改方法，所以為了節(jié)約內(nèi)存烈炭，沒進(jìn)行動態(tài)拓展的類溶锭，直接從macho讀取數(shù)據(jù)。反之符隙，用rwe記錄動態(tài)修改的數(shù)據(jù)趴捅，并從rwe讀取數(shù)據(jù)。

下面我們進(jìn)一步探索methodizeClass 整理類

2.3 methodizeClass 整理類

123.png

此時rwe為Null霹疫，所有rwe條件判斷后的賦值拱绑，都沒進(jìn)入。

Q：rwe什么時候會被賦值更米？

根據(jù)WWDC2020視頻Advancements in the Objective-C runtime欺栗，我們知道rwe是當(dāng)類的方法被動態(tài)修改時毫痕，才會創(chuàng)建征峦。那什么時候會被動態(tài)修改呢？我們下一節(jié)會分析消请。

在分析rwe的創(chuàng)建之前栏笆，我們先詳細(xì)講解懶加載類和非懶加載類的區(qū)別

3. 懶加載和非懶加載的區(qū)別

懶加載類和非懶加載類的區(qū)別在于：是否實現(xiàn)了+load方法。

上面我們加入了+load方法臊泰，讓HTPerson類變成了非懶加載類蛉加，才進(jìn)入了realizeClassWithoutSwift函數(shù)。
那如果不實現(xiàn)+load方法缸逃，是懶加載類针饥，又是如何加載到內(nèi)存的呢？

懶加載類的加載:

測試代碼中需频，移除+load方法的實現(xiàn)丁眼，加入HTPerosn的調(diào)用:
int main(int argc, const char * argv[]) {
   @autoreleasepool {
      HTPerson * person = [HTPerson alloc]; // 加入HTPerson的調(diào)用
   }
   return 0;
}
移除所有斷點，在realizeClassWithoutSwift函數(shù)中昭殉，加入定位代碼和斷點:
   const char * HTPersonName = "HTPerson";
   const char * mangledName = cls->mangledName();
   if(strcmp(mangledName, HTPersonName) == 0) {
       auto ht_ro = (const class_ro_t *)cls->data();
       auto ht_isMeta = ht_ro->flags & RO_META;
       if (!ht_isMeta) {
           printf("%s - 精準(zhǔn)定位! - %s\n", __func__, mangledName);
       }
   }
運行程序苞七，斷點精準(zhǔn)定位到HTPerson類藐守，查看左邊堆棧信息：

image.png

這個流程是否非常熟悉？ ?? 這就是之前我們詳細(xì)分析過的objc_msgSend流程蹂风，

APP啟動后卢厂，我們手動調(diào)用了alloc方法，觸發(fā)消息機(jī)制惠啄，在進(jìn)入方法的慢速查找時慎恒，我們會現(xiàn)檢測當(dāng)前類是否已實現(xiàn)，如果沒有實現(xiàn)礁阁，就調(diào)用realizeClassWithoutSwift進(jìn)行實現(xiàn)巧号。

image.png

`懶加載類`與`非懶加載類`總結(jié)：

蘋果系統(tǒng)默認(rèn)所有類都是懶加載類，這樣不占用啟動時間姥闭，且不占用過多資源丹鸿。

image.png

本節(jié)回顧：

image.png

本節(jié)我們了解了map_images如何將鏡像從macho映射到內(nèi)存中，分析類的加載棚品，了解懶加載類與非懶加載類的區(qū)別靠欢。

但是，關(guān)于rwe何時加載铜跑？分類的加載方式等门怪，很多細(xì)節(jié)我們都沒有深入探索。

下一節(jié)锅纺，OC底層原理十八：類的加載(中) SEL & 分類的加載我們將從分類的探索開始掷空，深入了解整個流程。

附錄：
Q：我們知道+load方法在main函數(shù)之前執(zhí)行囤锉，那本類和分類的+load執(zhí)行順序坦弟，不相干的兩個類的執(zhí)行順序是怎樣的呢？
A：給大家分享這位博主的分析：https://blog.csdn.net/TuGeLe/article/details/86599216

OC底層原理十七：類的加載(上) read_images & 懶加載類

1. _read_images結(jié)構(gòu)分析

2. 類的加載（上）

2.1 readClass 讀取類

2.2 realizeClassWithoutSwift 實現(xiàn)類

2.3 methodizeClass 整理類

3. 懶加載和非懶加載的區(qū)別

懶加載類與非懶加載類總結(jié)：

1. `_read_images`結(jié)構(gòu)分析

`懶加載類`與`非懶加載類`總結(jié)：