本文的主要目的是理解dyld與objc是如何關聯的

_objc_init 源碼解析

我們來看一下libobjc中_objc_init的源碼

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    //讀取影響運行時的環境變量，如果需要，還可以打開環境變量幫助 export OBJC_HRLP = 1
    environ_init();
    //關于線程key的綁定，例如線程數據的析構函數
    tls_init();
    //運行C++靜態構造函數，在dyld調用我們的靜態析構函數之前，libc會調用_objc_init(),因此我們必須自己做
    static_init();
    //runtime運行時環境初始化，里面主要是unattachedCategories、allocatedClasses -- 分類初始化
    runtime_init();
    //初始化libobjc的異常處理系統
    exception_init();
    //緩存條件初始化
    cache_init();
    //啟動回調機制，通常這不會做什么，因為所有的初始化都是惰性的，但是對于某些進程，我們會迫不及待地加載trampolines dylib
    _imp_implementationWithBlock_init();

    /*
     _dyld_objc_notify_register -- dyld 注冊的地方
     - 僅供objc運行時使用
     - 注冊處理程序，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的鏡像文件數組，回調 mapped 函數
     
     map_images:dyld將image鏡像文件加載進內存時，會觸發該函數
     load_images：dyld初始化image會觸發該函數
     unmap_image：dyld將image移除時會觸發該函數
     */
    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

#if __OBJC2__
    didCallDyldNotifyRegister = true;
#endif
}

根據源碼所知，主要分為以下幾部分：

• environ_init：初始化一系列環境變量，并讀取影響運行時的環境變量

• tls_init：關于線程key的綁定

• static_init：運行C++靜態構造函數（只會運行系統級別的構造函數），在dyld調用靜態析構函數之前，libc會調用_objc_init

• runtime_init：runtime運行時環境初始化，里面操作是unattachedCategories、allocatedClasses（表的初始化）

• exception_init：初始化libObjc的異常處理系統

• cache_init： cache緩存初始化

• _imp_implementationWithBlock_init：啟動回調機制，通常這不會做什么，因為所有的初始化都是惰性的，但是對于某些進程，我們會迫不及待地加載trampolines dylib

• _dyld_objc_notify_register： dyld的注冊

下面針對以上模塊具體分析：

1、environ_init方法：環境變量初始化

environ_init方法的源碼如下，其中的關鍵代碼是 for 循環

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

有以下兩種方法可以打印所有的環境變量

• 通過·environ_init的源碼，將for·循環單獨拿出來，去除所有條件，打印環境變量

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);
    }

for循環打印結果.png

• 通過終端命令export OBJC_HELP=1,打印環境變量
  
  export OBJC_HELP=1.png

我們可以在Xcode中，通過target -- Edit Scheme -- Run --Arguments -- Environment Variables設置環境變量，控制打印的結果
DYLD_PRINT_STATISTICS：設置 DYLD_PRINT_STATISTICS 為YES，控制臺就會打印 App 的加載時長，包括整體加載時長和動態庫加載時長，即main函數之前的啟動時間（查看pre-main耗時），可以通過設置了解其耗時部分，并對其進行啟動優化。

• OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA：杜絕生成相應的nonpointer isa（nonpointer isa指針地址 末尾為1 ），生成的都是普通的isa

• OBJC_PRINT_LOAD_METHODS：打印 Class及 Category 的 + (void)load 方法的調用信息

• NSDoubleLocalizedStrings：項目做國際化本地化(Localized)的時候是一個挺耗時的工作，想要檢測國際化翻譯好的語言文字UI會變成什么樣子，可以指定這個啟動項。可以設置 NSDoubleLocalizedStrings 為YES。

• NSShowNonLocalizedStrings：在完成國際化的時候，偶爾會有一些字符串沒有做本地化，這時就可以設置NSShowNonLocalizedStrings 為YES，所有沒有被本地化的字符串全都會變成大寫。

環境變量 - OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA

設置環境變量.png

• 在未設置OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA環境變量時，isa的nonpointer屬性為01
  

• 當我們設置OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA為YES時，isa的nonpointer屬性為00
  

所以OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA可以控制isa優化開關，從而優化整個內存結構

環境變量 - OBJC_PRINT_LOAD_METHODS

• 配置打印load 方法的環境變量OBJC_PRINT_LOAD_METHODS，設置為YES
• 在LGPerson類中重寫+load函數，運行程序，load函數的打印如下
  
  
  所以，OBJC_PRINT_LOAD_METHODS可以監控所有的+load方法，從而處理啟動優化

2、tls_init：線程key的綁定

主要是本地線程池的初始化以及析構

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

3、static_init：運行系統級別的C++靜態構造函數

主要是運行系統級別的C++靜態構造函數，在dyld調用我們的靜態構造函數之前，libc調用_objc_init方法，即系統級別的C++構造函數 先于 自定義的C++構造函數 運行

4、runtime_init：運行時環境初始化

主要是運行時的初始化，主要分為兩部分：分類初始化、類的表初始化（后續會詳細講解對應的函數）

5、 exception_init：初始化libobjc的異常處理系統

void exception_init(void)
{
    old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
}

• 當有crash（crash是指系統發生的不允許的一些指令，然后系統給的一些信號）發生時，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);//扔出異常
            (*old_terminate)();
        } @catch (...) {
            // It's not an objc object. Continue to C++ terminate.
            (*old_terminate)();
        }
    }
}

• 搜索uncaught_handler，在app層會傳入一個函數用于處理異常，以便于調用函數，然后回到原有的app層中，如下所示，其中fn即為傳入的函數，即uncaught_handler等于 fn

objc_uncaught_exception_handler 
objc_setUncaughtExceptionHandler(objc_uncaught_exception_handler fn)
{
//    fn為設置的異常句柄 傳入的函數，為外界給的
    objc_uncaught_exception_handler result = uncaught_handler;
    uncaught_handler = fn; //賦值
    return result;
}

NSException 應用級異常：它是未被捕獲的Objective-C異常，導致程序向自身發送了SIGABRT信號而崩潰，對于未捕獲的Objective-C異常，是可以通過try catch來捕獲的，或者通過NSSetUncaughtExceptionHandler()機制來捕獲。

針對應用級異常，可以通過注冊異常捕獲的函數，即NSSetUncaughtExceptionHandler機制,實現線程保活, 收集上傳崩潰日志

應用級crash攔截

所以在開發中，會針對crash進行攔截處理，即app代碼中給一個異常句柄NSSetUncaughtExceptionHandler，傳入一個函數給系統，當異常發生后，調用函數（函數中可以線程保活、收集并上傳崩潰日志），然后回到原有的app層中，其本質就是一個回調函數，如下圖所示

6、cache_init：緩存初始化

主要是緩存初始化

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++;
    }
    //為當前任務注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
}

7、_imp_implementationWithBlock_init：啟動回調機制

該方法主要是啟動回調機制，通常這不會做什么，因為所有的初始化都是惰性的，但是對于某些進程，我們會迫不及待地加載libobjc-trampolines.dylib，其源碼如下

8、_dyld_objc_notify_register：dyld注冊

//
// 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);

從注釋中，可以得出：

• 注冊處理程序，以便在映射、取消映射和初始化objc圖像時調用

• dyld將會通過一個包含objc-image-info的鏡像文件的數組回調mapped函數

方法中的三個參數分別表示的含義如下：

• map_images：dyld將image（鏡像文件）加載進內存時，會觸發該函數

• load_image：dyld初始化image會觸發該函數

• unmap_image：dyld將image移除時，會觸發該函數。

dyld與Objc的關聯

我們結合libobjc源碼和dyld源碼看出，在libobjc中調用_dyld_objc_notify_register的函數，其實是在dyld源碼中定義的

//  dyld源碼--具體實現
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--調用
_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

從上傳入的參數可以得出:

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

在學習dyld的加載流程中，我們知道load_images是在notifySingle方法中，通過sNotifyObjCInit調用的，如下所示：

通過查詢sNotifyObjCMapped，得到sNotifyObjCInit等價于_dyld_objc_notify_init

static _dyld_objc_notify_mapped     sNotifyObjCMapped;
static _dyld_objc_notify_init       sNotifyObjCInit;
static _dyld_objc_notify_unmapped   sNotifyObjCUnmapped;

通過_dyld_objc_notify_init,最終找到_dyld_objc_notify_register --> registerObjCNotifiers,在該方法中將_dyld_objc_notify_register傳入的參數賦值給了3個回調方法

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

map_images調用時機

關于load_images的調用時機已經在dyld加載流程中講解過了，下面以map_images為例，看看其調用時機

• dyld中全局搜索 sNotifyObjcMapped ：registerObjCNotifiers -- notifyBatchPartial -- sNotifyObjCMapped
  
• 全局搜索notifyBatchPartial，在registerObjCNotifiers方法中調用
  

dyld與Objc關聯圖

附錄
環境變量匯總

參考文章 http://www.lxweimin.com/p/25bcb6540045