OC底层原理10:dyld与objc的关联

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OC底层原理10:dyld与objc的关联

上一篇文章OC底层原理09:dyld加载过程中,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()源码简析

首先,来看下libObjc中的_objc_init方法源码

objc_init()源码如下:

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    //读取影响运行时的环境变量,如果需要,还可以打开环境变量帮助 export OBJC_HELP = 1
    environ_init();
    //关于线程key的绑定,例如线程数据的析构函数
    tls_init();
    //运行C++静态构造函数,在dyld调用我们的静态析构函数之前,libc会调用_objc_init(),因此我们必须自己做
    static_init();
    //runtime运行时环境初始化,里面主要是unattachedCategories、allocatedClasses -- 分类初始化
    runtime_init();
    //初始化libobjc的异常处理系统
    exception_init();
    //缓存条件初始化
    cache_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
    _imp_implementationWithBlock_init();

    /*
     _dyld_objc_notify_register -- dyld 注册的地方
     - 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镜像文件时使用,dyld将使用包含objc_image_info的镜像文件数组,回调 mapped 函数
     
     map_images: dyld将image镜像文件加载进内存时,会触发该函数
     load_images: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_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

#if __OBJC2__
    didCallDyldNotifyRegister = true;
#endif
}

其中各方法作用简单介绍下:

  • environ_init() 环境变量的初始化。我们可以打印环境变量,然后在Xcode环境变量及路径设置,方便我们具体调试。 image.png 源码调试技巧:我们为了看打印的东西,可以把条件语句里内容拿出来。比如我们想看所有环境变量就可以把426-430代码拿出来. image.png

    void environ_init(void) 
    {
        //...省略部分逻辑
        if (PrintHelp  ||  PrintOptions) {
                //...省略部分逻辑
                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);
                }
            }
        }
    

    或者通过终端export OBJC_HELP = 1来打印环境变量。可以参见这里常用的环境变量

  • tls_init() 关于线程key的绑定
    主要是本地线程池初始化以及析构,源码如下:

    void tls_init(void)
    {
        #if SUPPORT_DIRECT_THREAD_KEYS//本地线程池,用来进行处理
            pthread_key_init_np(TLS_DIRECT_KEY, &_objc_pthread_destroyspecific);//初始init
        #else
            _objc_pthread_key = tls_create(&_objc_pthread_destroyspecific);//析构
        #endif
    }
    
  • static_init() 运行系统级别的C++静态构造函数。
    dyld调用我们的静态构造函数之前,libc 会调用 _objc_init(),即系统级别的C++构造函数 先于 自定义的C++构造函数 运行.

    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()运行时环境初始化,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)

    void runtime_init(void)
    {
        objc::unattachedCategories.init(32);
        objc::allocatedClasses.init(); //初始化 -- 开辟的类的表
    }
    
  • 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:

    void exception_init(void)
    {
        old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
    }
    
    • 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
      /***********************************************************************
      * _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);//扔出异常
                  (*old_terminate)();
              } @catch (...) {
                  // It's not an objc object. Continue to C++ terminate.
                  (*old_terminate)();
              }
          }
      }
      
    • 搜索uncaught_handler ,默认是_objc_default_uncaught_exception_handler image.png 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
      objc_uncaught_exception_handler 
      objc_setUncaughtExceptionHandler(objc_uncaught_exception_handler fn)
      {
      //    fn为设置的异常句柄 传入的函数,为外界给的
          objc_uncaught_exception_handler result = uncaught_handler;
          uncaught_handler = fn; //赋值
          return result;
      }
      
      • 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。对应的也分为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。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:
            image.png 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.
  • cache_init() 缓存条件初始化

    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++;
        }
        //为当前任务注册一组可重新启动的缓存
        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()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

    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.
        // 在某些进程中渴望加载libobjc-trampolines.dylib。一些程序(最著名的是嵌入式Chromium的较早版本使用的QtWebEngineProcess)启用了严格限制的沙箱配置文件,从而阻止了对该dylib的访问。如果有任何调用imp_implementationWithBlock的操作(如AppKit开始执行的操作),那么我们将在尝试加载它时崩溃。将其加载到此处可在启用沙箱配置文件之前对其进行设置并阻止它。
        // 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注册

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

    //
    // 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);
    

    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:

    • mapped:dyld将image(镜像文件)加载进内存时,会触发该函数

    • init:dyld初始化image会触发该函数

    • unmapped:dyld将image移除时,会触发该函数 下面单独展开介绍dyld与Objc的关联

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

===> dyld源码--具体实现
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源码中--调用
_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

从上可以得出

  • mapped 等价于 map_images
  • init 等价于 load_images
  • unmapped 等价于 unmap_imageiOS-底层原理 15: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,如下所示: image.png 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: image.png 所以 有以下等价关系
  • sNotifyObjCMapped == mapped == map_images
  • sNotifyObjCInit == init == load_images
  • sNotifyObjCUnmapped == unmapped == unmap_image

libobjc源码中_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)重点是其中2个参数。map_imagesload_images.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map_images调用时机.

map_images调用时机

  • dyld中全局搜索 sNotifyObjcMapped :registerObjCNotifiers -- notifyBatchPartial -- sNotifyObjCMapped image.png
  • 全局搜索notifyBatchPartial,在registerObjCNotifiers方法中调用 image.png 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:

image.png 说明:

  • 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

引用

本文学习引用iOS-底层原理 16:dyld与objc的关联,在此致谢

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