dyld加载流程

简介

dyld（the dynamic link editor）是苹果的动态链接器，是苹果操作系统一个重要组成部分，在系统内核做好程序准备工作之后，交由dyld负责余下的工作。而且它是开源的，任何人可以通过苹果官网下载它的源码来阅读理解它的运作方式，了解系统加载动态库的细节。

编译过程

源文件：载入.h、.m、.cpp等文件
预处理：替换宏，删除注释，展开头文件，产生.i文件
编译：将.i文件转换为汇编语言，产生.s文件
汇编：将汇编文件转换为机器码文件，产生.o文件
链接：对.o文件中引用其他库的地方进行引用，生成最后的可执行文件

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dyld加载流程分析

dyld::_main函数源码分析

• 进入dyld::_main的源码实现，特别长，大约600多行，如果对dyld加载流程不太了解的童鞋，可以根据_main函数的返回值进行反推，这里就多作说明。在_main函数中主要做了一下几件事情：

  • 【第一步：环境变量配置】：根据环境变量设置相应的值以及获取当前运行架构

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  • 【第二步：共享缓存】：检查是否开启了共享缓存，以及共享缓存是否映射到共享区域，例如UIKit、CoreFoundation等

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  • 【第三步：主程序的初始化】：调用instantiateFromLoadedImage函数实例化了一个ImageLoader对象

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  • 【第四步：插入动态库】：遍历DYLD_INSERT_LIBRARIES环境变量，调用loadInsertedDylib加载

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  • 【第五步：link 主程序】

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  • 【第六步：link 动态库】

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  • 【第七步：弱符号绑定】

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  • 【第八步：执行初始化方法】

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  • 【第九步：寻找主程序入口即main函数】：从Load Command读取LC_MAIN入口，如果没有，就读取LC_UNIXTHREAD，这样就来到了日常开发中熟悉的main函数了

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第八步：执行初始化方法

• 进入initializeMainExecutable源码,主要是循环遍历，都会执行runInitializers方法

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• 全局搜索runInitializers(cons,找到如下源码，其核心代码是processInitializers函数的调用

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• 进入processInitializers函数的源码实现，其中对镜像列表调用recursiveInitialization函数进行递归实例化

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• 全局搜索recursiveInitialization(cons函数,其源码实现如下

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在这里，需要分成两部分探索，一部分是notifySingle函数，一部分是doInitialization函数，首先探索notifySingle函数

notifySingle 函数

• 全局搜索notifySingle(函数,其重点是(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());这句

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• 全局搜索sNotifyObjCInit，发现没有找到实现，有赋值操作

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• 搜索registerObjCNotifiers在哪里调用了，发现在_dyld_objc_notify_register进行了调用

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  注意：_dyld_objc_notify_register的函数需要在libobjc源码中搜索

• 在objc4-781源码中搜索_dyld_objc_notify_register，发现在_objc_init源码中调用了该方法，并传入了参数，所以sNotifyObjCInit的赋值的就是objc中的load_images，而load_images会调用所有的+load方法。所以综上所述，notifySingle是一个回调函数

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load函数加载

下面我们进入load_images的源码看看其实现，以此来证明load_images中调用了所有的load函数

• 通过objc源码中_objc_init源码实现，进入load_images的源码实现

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• 进入call_load_methods源码实现，可以发现其核心是通过do-while循环调用+load方法

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• 进入call_class_loads源码实现，了解到这里调用的load方法证实我们前文提及的类的load方法

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所以，load_images调用了所有的load函数，以上的源码分析过程正好对应堆栈的打印信息

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【总结】load的源码链为：_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> ImageLoader::runInitializers --> ImageLoader::processInitializers --> ImageLoader::recursiveInitialization --> dyld::notifySingle(是一个回调处理) --> sNotifyObjCInit --> load_images(libobjc.A.dylib)

那么问题又来了，_objc_init是什么时候调用的呢？请接着往下看

doInitialization 函数

• 走到objc的_objc_init函数，发现走不通了，我们回退到recursiveInitialization递归函数的源码实现，发现我们忽略了一个函数doInitialization

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• 进入doInitialization函数的源码实现

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  这里也需要分成两部分，一部分是doImageInit函数，一部分是doModInitFunctions函数

  • 进入doImageInit源码实现，其核心主要是for循环加载方法的调用，这里需要注意的一点是，libSystem的初始化必须先运行

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  • 进入doModInitFunctions源码实现，这个方法中加载了所有Cxx文件

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    可以通过测试程序的堆栈信息来验证,在C++方法处加一个断点

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走到这里，还是没有找到_objc_init的调用？怎么办呢？放弃吗？当然不行，我们还可以通过_objc_init加一个符号断点来查看调用_objc_init前的堆栈信息，

• _objc_init加一个符号断点，运行程序，查看_objc_init断住后的堆栈信息

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• 在libsystem中查找libSystem_initializer，查看其中的实现

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• 根据前面的堆栈信息，我们发现走的是libSystem_initializer中会调用libdispatch_init函数，而这个函数的源码是在libdispatch开源库中的，在libdispatch中搜索libdispatch_init

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• 进入_os_object_init源码实现，其源码实现调用了_objc_init函数

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  结合上面的分析，从初始化_objc_init注册的_dyld_objc_notify_register的参数2，即load_images，到sNotifySingle --> sNotifyObjCInie=参数2 到sNotifyObjcInit()调用，形成了一个闭环

所以可以简单的理解为sNotifySingle这里是添加通知即addObserver，_objc_init中调用_dyld_objc_notify_register相当于发送通知，即push，而sNotifyObjcInit相当于通知的处理函数，即selector

【总结】：_objc_init的源码链：_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> ImageLoader::runInitializers --> ImageLoader::processInitializers --> ImageLoader::recursiveInitialization --> doInitialization -->libSystem_initializer（libSystem.B.dylib） --> _os_object_init（libdispatch.dylib） --> _objc_init(libobjc.A.dylib)

dyld加载流程（转载字Style_月月）.png

补充

静态库 和 动态库

静态库：在链接阶段，会将可汇编生成的目标程序与引用的库一起链接打包到可执行文件当中。此时的静态库就不会在改变了，因为它是编译时被直接拷贝一份，复制到目标程序里的
好处：编译完成后，库文件实际上就没有作用了，目标程序没有外部依赖，直接就可以运行

缺点：由于静态库会有两份，所以会导致目标程序的体积增大，对内存、性能、速度消耗很大

动态库：程序编译时并不会链接到目标程序中，目标程序只会存储指向动态库的引用，在程序运行时才被载入
优势：
减少打包之后app的大小：因为不需要拷贝至目标程序中，所以不会影响目标程序的体积，与静态库相比，减少了app的体积大小

共享内存，节约资源：同一份库可以被多个程序使用

通过更新动态库，达到更新程序的目的：由于运行时才载入的特性，可以随时对库进行替换，而不需要重新编译代码

缺点：动态载入会带来一部分性能损失，使用动态库也会使得程序依赖于外部环境，如果环境缺少了动态库，或者库的版本不正确，就会导致程序无法运行