NSObject的load和initialize方法

在Objective-C中，NSObject是根类，而NSObject.h的头文件中前两个方法就是load和initialize两个类方法，本篇文章就对这两个方法做下说明和整理。

0. 概述

Objective-C作为一门面向对象语言，有类和对象的概念。编译后，类相关的数据结构会保留在目标文件中，在运行时得到解析和使用。在应用程序运行起来的时候，类的信息会有加载和初始化过程。

其实在Java语言中也有类似的过程，JVM的ClassLoader也对类进行了加载、连接、初始化。

就像Application有生命周期回调方法一样，在Objective-C的类被加载和初始化的时候，也可以收到方法回调，可以在适当的情况下做一些定制处理。而这正是load和initialize方法可以帮我们做到的。

+ (void)load;
+ (void)initialize;

可以看到这两个方法都是以“+”开头的类方法，返回为空。通常情况下，我们在开发过程中可能不必关注这两个方法。如果有需要定制，我们可以在自定义的NSObject子类中给出这两个方法的实现，这样在类的加载和初始化过程中，自定义的方法可以得到调用。

从如上声明上来看，也许这两个方法和其它的类方法相比没什么特别。但是，这两个方法具有一定的“特殊性”，这也是这两个方法经常会被放在一起特殊提到的原因。详细请看如下几小节的整理。

1. load和initialize的共同特点

load和initialize有很多共同特点，下面简单列一下：
1）、在不考虑开发者主动使用的情况下，系统最多会调用一次
2）、如果父类和子类都被调用，父类的调用一定在子类之前
3）、都是为了应用运行提前创建合适的运行环境
4）、在使用时都不要过重地依赖于这两个方法，除非真正必要

2. load方法相关要点

废话不多说，直接上要点列表：
1）、调用时机比较早，运行环境有不确定因素。具体说来，在iOS上通常就是App启动时进行加载，但当load调用的时候，并不能保证所有类都加载完成且可用，必要时还要自己负责做auto release处理。
2）、补充上面一点，对于有依赖关系的两个库中，被依赖的类的load会优先调用。但在一个库之内，调用顺序是不确定的。
对于一个类而言，没有load方法实现就不会调用，不会考虑对NSObject的继承。
3）、一个类的load方法不用写明[super load]，父类就会收到调用，并且在子类之前。
4）、Category的load也会收到调用，但顺序上在主类的load调用之后。
5）、不会直接触发initialize的调用。

3. initialize方法相关要点

同样，直接整理要点：
1）、initialize的自然调用是在第一次主动使用当前类的时候（lazy，这一点和Java类的“clinit”的很像）。
2）、在initialize方法收到调用时，运行环境基本健全。
3）、initialize的运行过程中是能保证线程安全的。
4）、和load不同，即使子类不实现initialize方法，会把父类的实现继承过来调用一遍。注意的是在此之前，父类的方法已经被执行过一次了，同样不需要super调用。

由于initialize的这些特点，使得其应用比load要略微广泛一些。可用来做一些初始化工作，或者单例模式的一种实现方案。

4. 原理

通过苹果开放出来的部分源码，从中我们或许能明白为什么load和initialize及调用会有如上的一些特点。

其中load是在objc库中一个load_images函数中调用的，先把二进制映像文件中的头信息取出，再解析和读出各个模块中的类定义信息，把实现了load方法的类和Category记录下来，最后统一执行调用。

其中的prepare_load_methods函数实现如下：

void prepare_load_methods(header_info *hi)
{
    size_t count, i;
 
    rwlock_assert_writing(&runtimeLock);
 
    classref_t *classlist = 
        _getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        schedule_class_load(remapClass(classlist[i]));
    }
 
    category_t **categorylist = _getObjc2NonlazyCategoryList(hi, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        category_t *cat = categorylist[i];
        Class cls = remapClass(cat->cls);
        if (!cls) continue;  // category for ignored weak-linked class
        realizeClass(cls);
        assert(cls->ISA()->isRealized());
        add_category_to_loadable_list(cat);
    }
}

这大概就是主类中的load方法先于category的原因。再看下面这段：

static void schedule_class_load(Class cls)
{
    if (!cls) return;
    assert(cls->isRealized());  // _read_images should realize
 
    if (cls->data()->flags & RW_LOADED) return;
 
    // Ensure superclass-first ordering
    schedule_class_load(cls->superclass);
 
    add_class_to_loadable_list(cls);
    cls->setInfo(RW_LOADED); 
}

这正是父类load方法优先于子类调用的原因。

再来看下initialize调用相关的源码。objc的库里有一个_class_initialize方法实现，如下：

void _class_initialize(Class cls)
{
    assert(!cls->isMetaClass());
 
    Class supercls;
    BOOL reallyInitialize = NO;
 
    supercls = cls->superclass;
    if (supercls  &&  !supercls->isInitialized()) {
        _class_initialize(supercls);
    }
 
    monitor_enter(&classInitLock);
    if (!cls->isInitialized() && !cls->isInitializing()) {
        cls->setInitializing();
        reallyInitialize = YES;
    }
    monitor_exit(&classInitLock);
 
    if (reallyInitialize) {
        _setThisThreadIsInitializingClass(cls);
 
        if (PrintInitializing) {
            _objc_inform("INITIALIZE: calling +[%s initialize]",
                         cls->nameForLogging());
        }
 
        ((void(*)(Class, SEL))objc_msgSend)(cls, SEL_initialize);
 
        if (PrintInitializing) {
            _objc_inform("INITIALIZE: finished +[%s initialize]",
                         cls->nameForLogging());
        }
 
        monitor_enter(&classInitLock);
        if (!supercls  ||  supercls->isInitialized()) {
            _finishInitializing(cls, supercls);
        } else {
            _finishInitializingAfter(cls, supercls);
        }
        monitor_exit(&classInitLock);
        return;
    }
 
    else if (cls->isInitializing()) {
        if (_thisThreadIsInitializingClass(cls)) {
            return;
        } else {
            monitor_enter(&classInitLock);
            while (!cls->isInitialized()) {
                monitor_wait(&classInitLock);
            }
            monitor_exit(&classInitLock);
            return;
        }
    }
 
    else if (cls->isInitialized()) {
        return;
    }
 
    else {
        _objc_fatal("thread-safe class init in objc runtime is buggy!");
    }
}

在这段代码里，我们能看到initialize的调用顺序和线程安全性。