dyld与objc的关联

iOS 底层原理 文章汇总

本文的主要目的是理解dyld与objc是如何关联的

在上一篇文章dyld加载流程 中，我们梳理了dyld的加载流程，下面来详细介绍下dyld和objc的关联

_objc_init 源码解析

首先，来看下libObjc中的_objc_init方法源码

根据源码所知，主要分为以下几部分：

• environ_init：初始化一系列环境变量，并读取影响运行时的环境变量
• tls_init：关于线程key的绑定
• static_init：运行C++静态构造函数（只会运行系统级别的构造函数），在dyld调用静态析构函数之前，libc会调用_objc_init
• runtime_init：runtime运行时环境初始化，里面操作是unattachedCategories、allocatedClasses（表的初始化）
• exception_init：初始化libObjc的异常处理系统
• cache_init： cache缓存初始化
• _imp_implementationWithBlock_init ：启动回调机制，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
• _dyld_objc_notify_register： dyld的注册

下面主要针对以上几部分配合源码进行说明

1、environ_init方法：环境变量初始化

environ_init方法的源码如下，其中的关键代码是 for 循环

以下两种方式可以打印所有的环境变量

• 将for循环单独拿出来，去除所有条件，打印环境变量

通过终端命令export OBJC_HELP=1,打印环境变量

这些环境变量，均可以通过target -- Edit Scheme -- Run --Arguments -- Environment Variables配置，其中常用的环境变量主要有以下几个（环境变量汇总见文末！）：

• DYLD_PRINT_STATISTICS：设置 DYLD_PRINT_STATISTICS 为YES，控制台就会打印 App 的加载时长，包括整体加载时长和动态库加载时长，即main函数之前的启动时间（查看pre-main耗时），可以通过设置了解其耗时部分，并对其进行启动优化。
• OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA：杜绝生成相应的nonpointer isa（nonpointer isa指针地址 末尾为1 ），生成的都是普通的isa
• OBJC_PRINT_LOAD_METHODS：打印 Class 及 Category 的 + (void)load 方法的调用信息
• NSDoubleLocalizedStrings：项目做国际化本地化(Localized)的时候是一个挺耗时的工作，想要检测国际化翻译好的语言文字UI会变成什么样子，可以指定这个启动项。可以设置 NSDoubleLocalizedStrings为YES。
• NSShowNonLocalizedStrings：在完成国际化的时候，偶尔会有一些字符串没有做本地化，这时就可以设置NSShowNonLocalizedStrings 为YES，所有没有被本地化的字符串全都会变成大写。

环境变量 - OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA

以OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA为例，将其设置为YES，如下图所示

未设置 OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA前， isa地址的二进制打印，末尾为1

设置OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA环境变量后，末尾变成了0

所以OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA可以控制isa优化开关，从而优化整个内存结构

环境变量 - OBJC_PRINT_LOAD_METHODS

• 配置打印load 方法的环境变量OBJC_PRINT_LOAD_METHODS，设置为YES
• 在LGPerson类中重写+load函数，运行程序，load函数的打印如下

所以，OBJC_PRINT_LOAD_METHODS可以监控所有的+load方法，从而处理启动优化（后续会总结下启动优化方法）

2、tls_init：线程key的绑定

主要是本地线程池的初始化以及析构，源码如下

3、static_init：运行系统级别的C++静态构造函数

主要是运行系统级别的C++静态构造函数，在dyld调用我们的静态构造函数之前，libc调用_objc_init方法，即系统级别的C++构造函数 先于 自定义的C++构造函数 运行

4、runtime_init：运行时环境初始化

主要是运行时的初始化，主要分为两部分：分类初始化、类的表初始化（后续会详细讲解对应的函数）

5、exception_init：初始化libobjc的异常处理系统

主要是初始化libobjc的异常处理系统，注册异常处理的回调，从而监控异常的处理，源码如下

• 当有crash（crash是指系统发生的不允许的一些指令，然后系统给的一些信号）发生时，会来到_objc_terminate方法，走到uncaught_handler扔出异常

• 搜索uncaught_handler，在app层会传入一个函数用于处理异常，以便于调用函数，然后回到原有的app层中，如下所示，其中fn即为传入的函数，即 uncaught_handler 等于 fn

crash分类

crash的主要原因是收到了未处理的信号，主要来源于三个地方：

• kernel 内核
• 其他进行
• App本身

所以相对应的，crash也分为了3种

• Mach异常：是指最底层的内核级异常。用户态的开发者可以直接通过Mach API设置thread，task，host的异常端口，来捕获Mach异常。
• Unix信号：又称BSD 信号，如果开发者没有捕获Mach异常，则会被host层的方法ux_exception()将异常转换为对应的UNIX信号，并通过方法threadsignal()将信号投递到出错线程。可以通过方法signal(x, SignalHandler)来捕获single。
• NSException 应用级异常：它是未被捕获的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。

针对应用级异常，可以通过注册异常捕获的函数，即NSSetUncaughtExceptionHandler机制,实现线程保活, 收集上传崩溃日志

应用级crash拦截

所以在开发中，会针对crash进行拦截处理，即app代码中给一个异常句柄NSSetUncaughtExceptionHandler，传入一个函数给系统，当异常发生后，调用函数（函数中可以线程保活、收集并上传崩溃日志），然后回到原有的app层中，其本质就是一个回调函数，如下图所示

上述方式只适合收集应用级异常，我们要做的就是用自定义的函数替代该ExceptionHandler即可

6、cache_t::init 缓存初始化

主要是缓存初始化，源码如下

7、_imp_implementationWithBlock_init：启动回调机制

该方法主要是启动回调机制，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libobjc-trampolines.dylib，其源码如下

8、_dyld_objc_notify_register：dyld注册

_dyld_objc_notify_register方法

这个方法的具体实现在dyld加载流程已经有详细说明，其源码实现是在dyld源码中，以下是_dyld_objc_notify_register方法的声明

从注释中，可以得出：

• 仅供objc运行时使用
• 注册处理程序，以便在映射、取消映射和初始化objc图像时调用
• dyld将会通过一个包含objc-image-info的镜像文件的数组回调mapped函数

方法中的三个参数分别表示的含义如下：

• map_images：dyld将image（镜像文件）加载进内存时，会触发该函数
• load_image：dyld初始化image会触发该函数
• unmap_image：dyld将image移除时，会触发该函数

dyld与Objc的关联

其方法的源码实现与调用如下，即dyld与Objc的关联可以通过源码体现

• libobjc源码中--调用

• dyld源码--具体实现

从上可以得出

• mapped 等价于 map_images
• init 等价于 load_images
• unmapped 等价于 unmap_image

在dyld加载流程中，我们知道了load_images是在notifySingle方法中，通过sNotifyObjCInit调用的，如下dyld中所示

然后通过查找sNotifyObjCInit，最终找到了_dyld_objc_notify_register --> registerObjCNotifiers,在该方法中将_dyld_objc_notify_register传入的参数赋值给了3个回调方法

所以 有以下等价关系

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

map_images调用时机

关于load_images的调用时机已经在dyld加载流程中讲解过了，下面以map_images为例，看看其调用时机

• dyld中全局搜索 sNotifyObjcMapped ：registerObjCNotifiers -- notifyBatchPartial -- sNotifyObjCMapped

全局搜索notifyBatchPartial，在registerObjCNotifiers方法中调用

所以有以下结论：map_images是先于load_images调用，即先map_images ，再load_images

dyld与Objc关联

结合dyld加载流程，dyld与Objc的关联如下图所示

• 在dyld中注册回调函数，可以理解为 添加观察者
• 在objc中dyld注册，可以理解为发送通知
• 触发回调，可以理解为执行通知selector

附录

环境变量汇总

环境变量名	说明
OBJC_PRINT_OPTIONS	输出OBJC已设置的选项
OBJC_PRINT_IMAGES	输出已load的image信息
OBJC_PRINT_LOAD_METHODS	打印 Class 及 Category 的 + (void)load 方法的调用信息
OBJC_PRINT_INITIALIZE_METHODS	打印 Class 的 + (void)initialize 的调用信息
OBJC_PRINT_RESOLVED_METHODS	打印通过 +resolveClassMethod: 或 +resolveInstanceMethod: 生成的类方法
OBJC_PRINT_CLASS_SETUP	打印 Class 及 Category 的设置过程
OBJC_PRINT_PROTOCOL_SETUP	打印 Protocol 的设置过程
OBJC_PRINT_IVAR_SETUP	打印 Ivar 的设置过程
OBJC_PRINT_VTABLE_SETUP	打印 vtable 的设置过程
OBJC_PRINT_VTABLE_IMAGES	打印 vtable 被覆盖的方法
OBJC_PRINT_CACHE_SETUP	打印方法缓存的设置过程
OBJC_PRINT_FUTURE_CLASSES	打印从 CFType 无缝转换到 NSObject 将要使用的类（如 CFArrayRef 到 NSArray * ）
OBJC_PRINT_GC	打印一些垃圾回收操作
OBJC_PRINT_PREOPTIMIZATION	打印 dyld 共享缓存优化前的问候语
OBJC_PRINT_CXX_CTORS	打印类实例中的 C++ 对象的构造与析构调用
OBJC_PRINT_EXCEPTIONS	打印异常处理
OBJC_PRINT_EXCEPTION_THROW	打印所有异常抛出时的 Backtrace
OBJC_PRINT_ALT_HANDLERS	打印 alt 操作异常处理
OBJC_PRINT_REPLACED_METHODS	打印被 Category 替换的方法
OBJC_PRINT_DEPRECATION_WARNINGS	打印所有过时的方法调用
OBJC_PRINT_POOL_HIGHWATER	打印 autoreleasepool 高水位警告
OBJC_PRINT_CUSTOM_RR	打印含有未优化的自定义 retain/release 方法的类
OBJC_PRINT_CUSTOM_AWZ	打印含有未优化的自定义 allocWithZone 方法的类
OBJC_PRINT_RAW_ISA	打印需要访问原始 isa 指针的类
OBJC_DEBUG_UNLOAD	卸载有不良行为的 Bundle 时打印警告
OBJC_DEBUG_FRAGILE_SUPERCLASSES	当子类可能被对父类的修改破坏时打印警告
OBJC_DEBUG_FINALIZERS	警告实现了 -dealloc 却没有实现 -finalize 的类
OBJC_DEBUG_NIL_SYNC	警告 @synchronized(nil) 调用，这种情况不会加锁
OBJC_DEBUG_NONFRAGILE_IVARS	打印突发地重新布置 non-fragile ivars 的行为
OBJC_DEBUG_ALT_HANDLERS	记录更多的 alt 操作错误信息
OBJC_DEBUG_MISSING_POOLS	警告没有 pool 的情况下使用 autorelease，可能内存泄漏
OBJC_DEBUG_DUPLICATE_CLASSES	当出现类重名时停机
OBJC_USE_INTERNAL_ZONE	在一个专用的 malloc 区分配运行时数据
OBJC_DISABLE_GC	强行关闭自动垃圾回收，即使可执行文件需要垃圾回收
OBJC_DISABLE_VTABLES	关闭 vtable 分发
OBJC_DISABLE_PREOPTIMIZATION	关闭 dyld 共享缓存优化前的问候语
OBJC_DISABLE_TAGGED_POINTERS	关闭 NSNumber 等的 tagged pointer 优化
OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA	关闭 non-pointer isa 字段的访问