本文主要分析dyld和objc的联系

_objc_init源码解析

libObjc中_objc_init的源码如下

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
}

根据_objc_init源码可知，主要分为以下几个部分：

• environ_init()：初始化一系列的环境变量，并读取影响运行时的环境变量
• tls_init()：线程key的绑定
• static_init()：运行系统级别的C++静态构造函数，在dyld调用静态析构函数之前，libc会调用_ojc_init
• runtime_init()：runtime运行时环境初始化，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，我们会加载trampolines dylib
• _dyld_objc_notify_regiester：dyld注册

1、environ_init()：环境变量初始化

environ_init源码如下，其关键代码时for循环

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);
        }
    }
}

我们可以通过下面两种方法打印出所有的环境变量

• 我们将for循环单独拿出来，去除所有条件，然后打印环境变量 for循环打印

• 通过终端命令export OBJC_HELP或者export OBJC_HELP = 1，打印环境变量
  

  终端打印环境变量

这些环境变量我们可以通过target -- Edit Scheme -- Run --Arguments -- Environment Variables配置

环境变量配置

• 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（pre-main耗时），可以通过设置了解具体的耗时部分，并对其进行启动优化

• OBJC_DISABLE_NONPOINTER_ISA：防止生成相应的nonpointer isa（nonpointer isa指针地址末地址为1），设置后生成的都是普通的isa

• OBJC_PRINT_LOAD_METHODS ：打印Class和Category的+(void)load方法调用信息

• NSDoubleLocalizedStrings：项目在做国际化本地化的时候是个耗时工作，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，设置NSDoubleLocalizedStrings =YES

• NSShowNonLocalizedStrings ：在完成国际化的时候，偶尔会有一些字符没有做本地化，我们可以设置NSShowNonLocalizedStrings =YES，这样所有没被本地化的字符串都会变成大写

2、tls_init：线程key的绑定

主要是本地线程池的初始化和析构，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
}

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前，libc调用_objc_init方法，源码如下：

static void static_init()
{
    size_t count;
    auto inits = getLibobjcInitializers(&_mh_dylib_header, &count);
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        inits[i]();
    }
}

4、runtime_init：运行时环境初始化

分为两个部分：分类初始化和类的表初始化

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

5、exception_init：初始化libobjc的异常处理系统

初始化libobjc的异常处理系统，注册异常处理回调，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发生时，会来到_objc_terminate方法，走到uncaught_handler抛出异常

/***********************************************************************
* _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，在app层会传入一个函数用于处理异常，便于调用函数，然后返回原有的app层，如下所示，其中fn即为传入的函数

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，所以crash对应的也分为了三种

• Mach异常：指最底层的内核级异常，开发者可以通过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()将异常转换成对应的UNIX信号，并通过方法threadsignal()将信号发送到出错的线程，可以通过方法signal(x,SignalHandler)来捕获single

• NSException 应用级异常：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，可以通过try catch来捕获，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

在开发中，我们可以在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（该函数可以线程保活，收集并上传奔溃日志），然后回到原有的app层，本质就是一个回调函数

crash处理

6、cache_init：缓存初始化

源码如下

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
}

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

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
}

8、_dyld_objc_notify_register：dyld注册

_dyld_objc_notify_register方法

_dyld_objc_notify_register方法实现在dyld加载流程有详细说明
下面是_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);

我们可以冲注释中得出

• 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代表：
  • map_images：dyld将镜像文件image加载进内存，触发该函数
  • load_images：dyld初始化镜像文件image，触发该函数
  • unmap_images：dyld将镜像文件image移除时，触发该函数

dyld与Objc的关联

===> 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_image

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

dyld与Objc的关联

环境变量汇总

环境变量