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在寫《iOS：load方法能不能被hook？》和《iOS啟動優(yōu)化：App啟動耗時在線監(jiān)控與AppDelegate管控》兩篇文章時都提到了動態(tài)庫的加載，由于主題的原因，沒有詳細(xì)介紹，有同學(xué)對這個比較感興趣，今天我們就來研究下在iOS中動態(tài)庫的加載順序是什么樣子的。

1.實驗篇

我們先通過demo看下幾種Case:

沒有依賴關(guān)系：

情形一

我們制作dylibA、dylibB、dylibB這三個動態(tài)庫（不了解動態(tài)庫的制作的請問度娘...），且它們沒有依賴關(guān)系，同時我們在每個庫中添加一個Class，暫且以Class的load方法的調(diào)用順序當(dāng)做是動態(tài)庫的加載順序（先挖一個坑），比如dylibA：
```
@implementation ClassA
+ (void)load {
    NSLog(@"dylibA loaded");
}
@end
```
將這三個庫加到demo工程中，并且保證Build Phases-Link Binary With Libraries中的順序：dylibA > dylibB > dylibC，運行結(jié)果：
```
Demo[53199:17384949] dylibA loaded
Demo[53199:17384949] dylibB loaded
Demo[53199:17384949] dylibC loaded
```
我們調(diào)整下Link Binary With Libraries中的順序：dylibC > dylibB > dylibA，運行結(jié)果：
```
Demo[53265:17397552] dylibC loaded
Demo[53265:17397552] dylibB loaded
Demo[53265:17397552] dylibA loaded
```
通過實驗我們知道：在沒有依賴關(guān)系的情況下，動態(tài)庫的加載順序由Link Binary With Libraries中的順序決定，當(dāng)然我們可以通過Link Binary With Libraries來控制動態(tài)庫的加載順序。
單一依賴關(guān)系

情形二

dylibA依賴dylibB，dylibB依賴dylibC，我們簡單改造下這三個庫,如在dylibB中import下dylibC的頭文件，dylibA中同理：
```
#import "ClassB.h"
#import <dylibC/dylibC.h>

@implementation ClassB
+ (void)load {
    NSLog(@"dylibB loaded");
}
@end
```
Link Binary With Libraries中的順序：dylibA > dylibB > dylibC，運行結(jié)果：
```
Demo[53570:17450857] dylibC loaded
Demo[53570:17450857] dylibB loaded
Demo[53570:17450857] dylibA loaded
```
這次我們發(fā)現(xiàn)三個庫的加載順序是反的，我們修改下順序：dylibC > dylibA > dylibB，運行結(jié)果不變。由實驗結(jié)果可知：動態(tài)庫的加載順序還受依賴關(guān)系影響，被依賴的子節(jié)點優(yōu)先加載。

組合依賴關(guān)系

組合關(guān)系1

其中，dylibA、dylibB、dylibB 沒有依賴關(guān)系，dylibA 依賴了dylibD、dylibE、dylibF。
```
Demo[97898:19286936] dylibD loaded
Demo[97898:19286936] dylibF loaded
Demo[97898:19286936] dylibE loaded
Demo[97898:19286936] dylibA loaded
Demo[97898:19286936] dylibB loaded
Demo[97898:19286936] dylibC loaded
```
通過修改dylibA-Link Binary With Libraries中dylibD、dylibE的順序調(diào)整為：

組合關(guān)系2
```
Demo[97982:19305235] dylibF loaded
Demo[97982:19305235] dylibE loaded
Demo[97982:19305235] dylibD loaded
Demo[97982:19305235] dylibA loaded
Demo[97982:19305235] dylibB loaded
Demo[97982:19305235] dylibC loaded
```
通過上面的嘗試，我們可以看出動態(tài)庫的加載順序為：先根據(jù)配置的鏈接順序加載，如有依賴的先遞歸式加載依賴。

2.源碼篇

上面我們通過幾個實驗對動態(tài)庫的加載有個大概的影響，下面我們通過源碼進(jìn)一步了解動態(tài)庫的加載（dyld源碼，本文使用版本：dyld-635.2，篇幅問題，只展示部分代碼）。
為了便于的過程，我們在上面demo中的位于子節(jié)點的dylibF庫的load方法添加一個符號斷點，獲取下這個load方法的調(diào)用棧：

  #0    +[ClassF load]
  #1    load_images ()
  #2    dyld::notifySingle(dyld_image_states, ImageLoader const*, ImageLoader::InitializerTimingList*) ()
  #3    ImageLoader::recursiveInitialization(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, char const*, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) ()
  #4    ImageLoader::recursiveInitialization(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, char const*, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) ()
  #5    ImageLoader::recursiveInitialization(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, char const*, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) ()
  #6    ImageLoader::recursiveInitialization(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, char const*, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) ()
  #7    ImageLoader::processInitializers(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) ()
  #8    ImageLoader::runInitializers(ImageLoader::LinkContext const&, ImageLoader::InitializerTimingList&) ()
  #9    dyld::initializeMainExecutable() 
  #10   dyld::_main(macho_header const*, unsigned long, int, char const**, char const**, char const**, unsigned long*) ()
  #11   dyldbootstrap::start(macho_header const*, int, char const**, long, macho_header const*, unsigned long*) ()
  #12   _dyld_start ()

_dyld_start 和 dyldbootstrap::start使用匯編實現(xiàn)，我們重點看下dyld::_main開始的實現(xiàn)。

dyld::_main,動態(tài)鏈接器的入口函數(shù)，代碼較多，只展示部分代碼：

//
// Entry point for dyld.  The kernel loads dyld and jumps to __dyld_start which
// sets up some registers and call this function.
//
// Returns address of main() in target program which __dyld_start jumps to
//
uintptr_t
_main(const macho_header* mainExecutableMH, uintptr_t mainExecutableSlide, 
        int argc, const char* argv[], const char* envp[], const char* apple[], 
        uintptr_t* startGlue)  {
    //1.配置環(huán)境
    ...很多代碼
    //2.加載共享緩存
    checkSharedRegionDisable((dyld3::MachOLoaded*)mainExecutableMH, mainExecutableSlide);
    //3.實例化主程序
    sMainExecutable = instantiateFromLoadedImage(mainExecutableMH, mainExecutableSlide, sExecPath);
    gLinkContext.mainExecutable = sMainExecutable;
    gLinkContext.mainExecutableCodeSigned = hasCodeSignatureLoadCommand(mainExecutableMH);
    //4.插入動態(tài)庫（使用動態(tài)庫注入代碼就是通過這個實現(xiàn)的）
    if ( sEnv.DYLD_INSERT_LIBRARIES != NULL ) {
          for (const char* const* lib = sEnv.DYLD_INSERT_LIBRARIES; *lib != NULL; ++lib) 
              loadInsertedDylib(*lib);
      }
    //5.鏈接主程序
    gLinkContext.linkingMainExecutable = true;
    link(sMainExecutable, sEnv.DYLD_BIND_AT_LAUNCH, true, ImageLoader::RPathChain(NULL, NULL), -1);
    //6.鏈接插入的動態(tài)庫
    ...很多代碼
    //7.初始化主程序
    initializeMainExecutable(); 
    //...快結(jié)束了 
}

和我們今天主題相關(guān)的為link()和initializeMainExecutable()兩個過程，分別負(fù)責(zé)鏈接(符號rebase,binding)和初始化(調(diào)用load，__attribute__((constructor)) 修飾的c函數(shù)等)的工作。

link()

void link(ImageLoader* image, bool forceLazysBound, bool neverUnload, const 
  ImageLoader::RPathChain& loaderRPaths, unsigned cacheIndex)
{
  // add to list of known images.  This did not happen at creation time for bundles
  if ( image->isBundle() && !image->isLinked() )
      addImage(image);

  // we detect root images as those not linked in yet 
  if ( !image->isLinked() )
      addRootImage(image);
  
  // process images
  try {
      const char* path = image->getPath();
#if SUPPORT_ACCELERATE_TABLES
      if ( image == sAllCacheImagesProxy )
          path = sAllCacheImagesProxy->getIndexedPath(cacheIndex);
#endif
      image->link(gLinkContext, forceLazysBound, false, neverUnload, loaderRPaths, path);
  }
  catch (const char* msg) {
      garbageCollectImages();
      throw;
  }
}

link()中又調(diào)用ImageLoader::link方法，ImageLoader是一個基類負(fù)責(zé)加載image文件（主程序，動態(tài)庫）每個image對應(yīng)一個ImageLoader子類的實例，我們繼續(xù)看下它的實現(xiàn)：

ImageLoader::link

 void ImageLoader::link(const LinkContext& context, bool forceLazysBound, bool preflightOnly, bool neverUnload, const RPathChain& loaderRPaths, const char* imagePath)
 {
  //dyld::log("ImageLoader::link(%s) refCount=%d, neverUnload=%d\n", imagePath, fDlopenReferenceCount, fNeverUnload);
  
  // clear error strings
  (*context.setErrorStrings)(0, NULL, NULL, NULL);

  uint64_t t0 = mach_absolute_time();
  this->recursiveLoadLibraries(context, preflightOnly, loaderRPaths, imagePath);
  context.notifyBatch(dyld_image_state_dependents_mapped, preflightOnly);

  // we only do the loading step for preflights
  if ( preflightOnly )
      return;

  uint64_t t1 = mach_absolute_time();
  context.clearAllDepths();
  this->recursiveUpdateDepth(context.imageCount());

  //省略符號rebase 和binding過程...
}

ImageLoader::link中使用ImageLoader::recursiveLoadLibraries加載動態(tài)庫,截取部分代碼：

ImageLoader::recursiveLoadLibraries

 void ImageLoader::recursiveLoadLibraries(const LinkContext& context, bool preflightOnly, const RPathChain& loaderRPaths, const char* loadPath)
{
    //...省略很多代碼
    // 獲取當(dāng)前image依賴的動態(tài)庫
    DependentLibraryInfo libraryInfos[fLibraryCount]; 
    this->doGetDependentLibraries(libraryInfos);
    //...省略很多代碼

    for(unsigned int i=0; i < fLibraryCount; ++i){ 
       //加載動態(tài)庫
       DependentLibraryInfo& requiredLibInfo = libraryInfos[i];
       dependentLib = context.loadLibrary(requiredLibInfo.name, true, this->getPath(), &thisRPaths, enforceIOSMac, cacheIndex);
       //...省略很多代碼
    }
    
    //保存加載完成的動態(tài)庫
    setLibImage(i, dependentLib, depLibReExported, requiredLibInfo.upward);

   // 告訴此image依賴的動態(tài)庫們遞歸的加載各自依賴的動態(tài)庫
   for(unsigned int i=0; i < libraryCount(); ++i) {
      ImageLoader* dependentImage = libImage(i);
      if ( dependentImage != NULL ) { 
          dependentImage->recursiveLoadLibraries(context, preflightOnly, thisRPaths, libraryInfos[i].name);
      }
   }
   //...省略很多代碼
}

此方法也比較長，它主要做的事情是：1）獲取當(dāng)前image依賴的的動態(tài)庫；2）循環(huán)加載當(dāng)前image依賴的動態(tài)庫；3）告訴當(dāng)前image依賴的動態(tài)庫們遞歸的加載各自依賴的動態(tài)庫；
具體的加載方法在dyld.cpp的ImageLoader* load(const char* path, const LoadContext& context, unsigned& cacheIndex)，我們不多做介紹。從上面的代碼可以知道，dyld通過doGetDependentLibraries獲取了image依賴的動態(tài)庫信息，然后循環(huán)加載，這個函數(shù)的實現(xiàn)會影響動態(tài)庫的加載順序，我們看下doGetDependentLibraries的實現(xiàn)（doGetDependentLibraries是個虛函數(shù)，只有在ImageLoaderMachO.cpp中找到了它的實現(xiàn)）：

ImageLoaderMachO::doGetDependentLibraries

void ImageLoaderMachO::doGetDependentLibraries(DependentLibraryInfo libs[])
{
  if ( needsAddedLibSystemDepency(libraryCount(), (macho_header*)fMachOData) ) {
      DependentLibraryInfo* lib = &libs[0];
      lib->name = LIBSYSTEM_DYLIB_PATH;
      lib->info.checksum = 0;
      lib->info.minVersion = 0;
      lib->info.maxVersion = 0;
      lib->required = false;
      lib->reExported = false;
      lib->upward = false;
  }
  else {
      uint32_t index = 0;
      const uint32_t cmd_count = ((macho_header*)fMachOData)->ncmds;
      const struct load_command* const cmds = (struct load_command*)&fMachOData[sizeof(macho_header)];
      const struct load_command* cmd = cmds;
      for (uint32_t i = 0; i < cmd_count; ++i) {
          switch (cmd->cmd) {
              case LC_LOAD_DYLIB:
              case LC_LOAD_WEAK_DYLIB:
              case LC_REEXPORT_DYLIB:
              case LC_LOAD_UPWARD_DYLIB:
              {
                  const struct dylib_command* dylib = (struct dylib_command*)cmd;
                  DependentLibraryInfo* lib = &libs[index++];
                  lib->name = (char*)cmd + dylib->dylib.name.offset;
                  //lib->name = strdup((char*)cmd + dylib->dylib.name.offset);
                  lib->info.checksum = dylib->dylib.timestamp;
                  lib->info.minVersion = dylib->dylib.compatibility_version;
                  lib->info.maxVersion = dylib->dylib.current_version;
                  lib->required = (cmd->cmd != LC_LOAD_WEAK_DYLIB);
                  lib->reExported = (cmd->cmd == LC_REEXPORT_DYLIB);
                  lib->upward = (cmd->cmd == LC_LOAD_UPWARD_DYLIB);
              }
              break;
          }
          cmd = (const struct load_command*)(((char*)cmd)+cmd->cmdsize);
      }
  }
}

dyld通過讀取當(dāng)前Mach-O文件的Load Commonds段來獲取到它依賴的動態(tài)庫，涉及到的字段有LC_LOAD_DYLIB、LC_LOAD_WEAK_DYLIB、LC_REEXPORT_DYLIB、LC_LOAD_UPWARD_DYLIB，遍歷時通過&libs[]記錄。而影響Load Commonds中動態(tài)庫順序的是Xcode中Link Binary With Libraries的順序。下圖是上文Demo工程的Mach-O中Load Commonds的示例截圖：

Load Commonds

好了，我們通過實驗和源碼的方式了解到了動態(tài)庫的加載順序：1）先從當(dāng)前image文件（可執(zhí)行文件/動態(tài)庫）的Load Commonds中獲取動態(tài)庫的信息（包括順序，名字，路徑等）；2）然后循環(huán)加載它依賴的動態(tài)庫；3）加載完后，再根據(jù)當(dāng)前image依賴的動態(tài)庫列表遞歸加載各自依賴的動態(tài)庫。

3.填坑篇

文章開始我們就挖了一個坑：實驗的方式是建立在“l(fā)oad方法的調(diào)用順序當(dāng)做是動態(tài)庫的加載順序”這一假設(shè)上的，那么這一假設(shè)成立嗎？
從上文中+[ClassF load]的調(diào)用?？芍?code>load 方法的調(diào)用是在initializeMainExecutable()中，在link()之后，initializeMainExecutable()后又調(diào)用ImageLoader::runInitializers()，ImageLoader::processInitializers()，我們看下代碼：

ImageLoader::processInitializers中調(diào)用了ImageLoader::recursiveInitialization，從名字看進(jìn)行了遞歸方式的初始化。

void ImageLoader::processInitializers(const LinkContext& context, mach_port_t thisThread,
                                   InitializerTimingList& timingInfo, 
ImageLoader::UninitedUpwards& images)
{
  uint32_t maxImageCount = context.imageCount()+2;
  ImageLoader::UninitedUpwards upsBuffer[maxImageCount];
  ImageLoader::UninitedUpwards& ups = upsBuffer[0];
  ups.count = 0;
  // Calling recursive init on all images in images list, building a new list of
  // uninitialized upward dependencies.
  for (uintptr_t i=0; i < images.count; ++i) {
      images.images[i]->recursiveInitialization(context, thisThread, images.images[i]->getPath(), timingInfo, ups);
  }
  // If any upward dependencies remain, init them.
  if ( ups.count > 0 )
      processInitializers(context, thisThread, timingInfo, ups);
 }

ImageLoader::recursiveInitialization，截取部分代碼：

void ImageLoader::recursiveInitialization(const LinkContext& context, mach_port_t this_thread, const char* pathToInitialize,
                                        InitializerTimingList& timingInfo, UninitedUpwards& uninitUps)
{
  
  //優(yōu)先初始化fDepth深的庫
  for(unsigned int i=0; i < libraryCount(); ++i) {
      ImageLoader* dependentImage = libImage(i);
      if ( dependentImage != NULL ) {
          // don't try to initialize stuff "above" me yet
          if ( libIsUpward(i) ) {
              uninitUps.images[uninitUps.count] = dependentImage;
              uninitUps.count++;
          }
          else if ( dependentImage->fDepth >= fDepth ) {
              dependentImage->recursiveInitialization(context, this_thread, libPath(i), timingInfo, uninitUps);
          }
      }
  }


  // 告訴objc我們準(zhǔn)備初始化image了
  uint64_t t1 = mach_absolute_time();
  fState = dyld_image_state_dependents_initialized;
  oldState = fState;
  context.notifySingle(dyld_image_state_dependents_initialized, this, &timingInfo);

  // 初始化image
  bool hasInitializers = this->doInitialization(context);

  // 告訴objc初始化完成
  fState = dyld_image_state_initialized;
  oldState = fState;
  context.notifySingle(dyld_image_state_initialized, this, NULL);

 //...
}

從上面的代碼可以看出，初始化的動態(tài)庫是從libImage()中獲取,而libImage()的數(shù)據(jù)是在加載動態(tài)庫的ImageLoader::recursiveLoadLibraries中的setLibImage()進(jìn)行保存的。通過比較fDepth，優(yōu)先初始化fDepth大的庫，我們再看下fDepth的賦值：

ImageLoader::recursiveUpdateDepth

unsigned int ImageLoader::recursiveUpdateDepth(unsigned int maxDepth)
{
  // the purpose of this phase is to make the images sortable such that 
  // in a sort list of images, every image that an image depends on
  // occurs in the list before it.
  if ( fDepth == 0 ) {
      // break cycles
      fDepth = maxDepth;
      
      // get depth of dependents
      unsigned int minDependentDepth = maxDepth;
      for(unsigned int i=0; i < libraryCount(); ++i) {
          ImageLoader* dependentImage = libImage(i);
          if ( (dependentImage != NULL) && !libIsUpward(i) ) {
              unsigned int d = dependentImage->recursiveUpdateDepth(maxDepth);
              if ( d < minDependentDepth )
                  minDependentDepth = d;
          }
      }
  
      // make me less deep then all my dependents
      fDepth = minDependentDepth - 1;
  }
  
  return fDepth;
}

在整個依賴樹的關(guān)系中，層級越深，fDepth的值越大，ImageLoader::recursiveUpdateDepth的調(diào)用在ImageLoader::recursiveLoadLibraries之后，通過上面的分析過程我們知道：在加載動態(tài)庫時將動態(tài)庫的信息通過setLibImage()保存，加載完成后dyld根據(jù)依賴關(guān)系遞歸地給各個庫都計算了依賴深度：fDepth，在初始化的時候遞歸地根據(jù)fDepth進(jìn)行初始化，每初始化一個image都會使用 context.notifySingle()通知Objc通過load_images()調(diào)用load方法。從分析結(jié)果看：不同庫中的load方法的調(diào)用順序可以當(dāng)做是動態(tài)庫的加載順序。（dyld過程比較復(fù)雜，本人水平有限，如有錯誤敬請指出~）

dyld_main.png

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