iOS底层原理 14 :类的加载(上)

在iOS底层原理 13 :dyld与objc的关联中，我们初步探索了dyld和objc的关联，也因此引出将类加载到内存中，最关键的就是两个函数map_images和load_images

• map_images：主要是管理文件中和动态库中的所有符号，即class、protocol、selector、category等
• load_images：加载执行load方法

静态库、动态库以及自己写的代码通过编译会生成mach-o形式的可执行文件，再从Mach-O中读取到内存。

map_images：加载镜像文件到内存

map_images方法的主要作用就是将Mach-O可执行文件中的类信息加载到内存

• 进入map_images的源码

void
map_images(unsigned count, const char * const paths[],
           const struct mach_header * const mhdrs[])
{
    mutex_locker_t lock(runtimeLock);
    return map_images_nolock(count, paths, mhdrs);
}

• 进入map_images_nolock源码，其关键代码是_read_images

void
map_images_nolock(unsigned mhCount, const char * const mhPaths[],
                  const struct mach_header * const mhdrs[])
{
    //...省略

    // Find all images with Objective-C metadata.查找所有带有Objective-C元数据的映像
    hCount = 0;

    // Count classes. Size various table based on the total.计算类的个数
    int totalClasses = 0;
    int unoptimizedTotalClasses = 0;
    //代码块：作用域，进行局部处理，即局部处理一些事件
    {
        //...省略
    }
    
    //...省略

    if (hCount > 0) {
        //加载镜像文件
        _read_images(hList, hCount, totalClasses, unoptimizedTotalClasses);
    }

    firstTime = NO;
    
    // Call image load funcs after everything is set up.一切设置完成后，调用镜像加载功能。
    for (auto func : loadImageFuncs) {
        for (uint32_t i = 0; i < mhCount; i++) {
            func(mhdrs[i]);
        }
    }
}

_read_images 源码实现

_read_images主要是加载类信息(即类、分类、协议等)到内存，进入_read_images源码实现，主要分为以下几部分：

• 条件控制进行的一次加载
• 修复预编译阶段的@selector的混乱问题
• 错误混乱的类处理
• 修复重映射一些没有被镜像文件加载进来的类
• 修复一些消息
• 当类里面有协议时：readProtocol 读取协议
• 修复没有被加载的协议
• 分类处理
• 类的加载处理
• 没有被处理的类，优化那些被侵犯的类

1、条件控制进行的一次加载

在doneOnce流程中通过NXCreateMapTable创建表，即创建一张类的哈希表 gdb_objc_realized_classes，目的是为了方便快捷地查找类

if (!doneOnce) {
     
    //...省略
    
    // namedClasses
    // Preoptimized classes don't go in this table.
    // 4/3 is NXMapTable's load factor
    int namedClassesSize = 
        (isPreoptimized() ? unoptimizedTotalClasses : totalClasses) * 4 / 3;
//创建表（哈希表key-value），目的是查找快
    gdb_objc_realized_classes =
        NXCreateMapTable(NXStrValueMapPrototype, namedClassesSize);

    ts.log("IMAGE TIMES: first time tasks");
}

查看gdb_objc_realized_classes的注释说明，这张哈希表用于存储不在dyld共享缓存中且已命名的类，无论类是否实现。

// This is a misnomer: gdb_objc_realized_classes is actually a list of 
// named classes not in the dyld shared cache, whether realized or not.
NXMapTable *gdb_objc_realized_classes;  // exported for debuggers in objc-gdb.h

2.修复预编译阶段的@selector的混乱问题

主要是通过通过_getObjc2SelectorRefs拿到Mach_O中的静态段__objc_selrefs，遍历列表调用sel_registerNameNoLock将SEL添加到namedSelectors哈希表中

 static size_t UnfixedSelectors;
    {
        mutex_locker_t lock(selLock);
        for (EACH_HEADER) {
            if (hi->hasPreoptimizedSelectors()) continue;

            bool isBundle = hi->isBundle();
            SEL *sels = _getObjc2SelectorRefs(hi, &count);
            UnfixedSelectors += count;
            for (i = 0; i < count; i++) {
                const char *name = sel_cname(sels[i]);
                SEL sel = sel_registerNameNoLock(name, isBundle);
                if (sels[i] != sel) {
                    sels[i] = sel;
                }
            }
        }
    }

3、错误混乱的类处理

主要是从Mach-O中取出所有类，在遍历进行处理。当某些类已经被移动了，但未被删除的时候，就会在这里进行处理

for (EACH_HEADER) {
        if (! mustReadClasses(hi, hasDyldRoots)) {
            // Image is sufficiently optimized that we need not call readClass()
            continue;
        }

        classref_t const *classlist = _getObjc2ClassList(hi, &count);

        bool headerIsBundle = hi->isBundle();
        bool headerIsPreoptimized = hi->hasPreoptimizedClasses();

        for (i = 0; i < count; i++) {
            Class cls = (Class)classlist[i];
            Class newCls = readClass(cls, headerIsBundle, headerIsPreoptimized);

            if (newCls != cls  &&  newCls) {
                // Class was moved but not deleted. Currently this occurs 
                // only when the new class resolved a future class.
                // Non-lazily realize the class below.
                resolvedFutureClasses = (Class *)
                    realloc(resolvedFutureClasses, 
                            (resolvedFutureClassCount+1) * sizeof(Class));
                resolvedFutureClasses[resolvedFutureClassCount++] = newCls;
            }
        }
    }

• 通过断点调试，在未执行readClass方法前，cls只是一个地址
• 在执行完readClass方法之后，newCls是一个类的名称
  readClass.png

所以到了这一步，类的信息目前仅仅存储了地址+名称

4、修复重映射一些没有被镜像文件加载进来的类

主要是将未映射的Class 和Super Class进行重映射，其中

• _getObjc2ClassRefs是获取Mach-O中的静态段__objc_classrefs即类的引用
• _getObjc2SuperRefs是获取Mach-O中的静态段__objc_superrefs即父类的引用
• 通过注释可以得知，被remapClassRef的类都是懒加载的类，所以最初经过调试时，这部分代码是没有执行的

//4、修复重映射一些没有被镜像文件加载进来的类
// Fix up remapped classes 修正重新映射的类
// Class list and nonlazy class list remain unremapped.类列表和非惰性类列表保持未映射
// Class refs and super refs are remapped for message dispatching.类引用和超级引用将重新映射以进行消息分发
//经过调试，并未执行if里面的流程
//将未映射的Class 和 Super Class重映射，被remap的类都是懒加载的类
if (!noClassesRemapped()) {
    for (EACH_HEADER) {
        Class *classrefs = _getObjc2ClassRefs(hi, &count);//Mach-O的静态段 __objc_classrefs
        for (i = 0; i < count; i++) {
            remapClassRef(&classrefs[i]);
        }
        // fixme why doesn't test future1 catch the absence of this?
        classrefs = _getObjc2SuperRefs(hi, &count);//Mach_O中的静态段 __objc_superrefs
        for (i = 0; i < count; i++) {
            remapClassRef(&classrefs[i]);
        }
    }
}

ts.log("IMAGE TIMES: remap classes");

5、修复一些消息

主要是通过_getObjc2MessageRefs获取Mach-O的静态段__objc_msgrefs`，并遍历通过fixupMessageRef将函数指针进行注册，并fix为新的函数指针

#if SUPPORT_FIXUP
//5、修复一些消息
    // Fix up old objc_msgSend_fixup call sites
    for (EACH_HEADER) {
        // _getObjc2MessageRefs 获取Mach-O的静态段 __objc_msgrefs
        message_ref_t *refs = _getObjc2MessageRefs(hi, &count);
        if (count == 0) continue;

        if (PrintVtables) {
            _objc_inform("VTABLES: repairing %zu unsupported vtable dispatch "
                         "call sites in %s", count, hi->fname());
        }
        //经过调试，并未执行for里面的流程
        //遍历将函数指针进行注册，并fix为新的函数指针
        for (i = 0; i < count; i++) {
            fixupMessageRef(refs+i);
        }
    }

    ts.log("IMAGE TIMES: fix up objc_msgSend_fixup");
#endif

6、当类里面有协议时：readProtocol 读取协议

//遍历所有协议列表，并且将协议列表加载到Protocol的哈希表中
for (EACH_HEADER) {
    extern objc_class OBJC_CLASS_$_Protocol;
    //cls = Protocol类，所有协议和对象的结构体都类似，isa都对应Protocol类
    Class cls = (Class)&OBJC_CLASS_$_Protocol;
    ASSERT(cls);
    //获取protocol哈希表 -- protocol_map
    NXMapTable *protocol_map = protocols();
    bool isPreoptimized = hi->hasPreoptimizedProtocols();

    // Skip reading protocols if this is an image from the shared cache
    // and we support roots
    // Note, after launch we do need to walk the protocol as the protocol
    // in the shared cache is marked with isCanonical() and that may not
    // be true if some non-shared cache binary was chosen as the canonical
    // definition
    if (launchTime && isPreoptimized && cacheSupportsProtocolRoots) {
        if (PrintProtocols) {
            _objc_inform("PROTOCOLS: Skipping reading protocols in image: %s",
                         hi->fname());
        }
        continue;
    }

    bool isBundle = hi->isBundle();
    //通过_getObjc2ProtocolList 获取到Mach-O中的静态段__objc_protolist协议列表，
    //即从编译器中读取并初始化protocol
    protocol_t * const *protolist = _getObjc2ProtocolList(hi, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {
        //通过添加protocol到protocol_map哈希表中
        readProtocol(protolist[i], cls, protocol_map, 
                     isPreoptimized, isBundle);
    }
}

ts.log("IMAGE TIMES: discover protocols");

7、修复没有被加载的协议

// Fix up @protocol references
// Preoptimized images may have the right 
// answer already but we don't know for sure.
for (EACH_HEADER) {
    // At launch time, we know preoptimized image refs are pointing at the
    // shared cache definition of a protocol.  We can skip the check on
    // launch, but have to visit @protocol refs for shared cache images
    // loaded later.
    if (launchTime && cacheSupportsProtocolRoots && hi->isPreoptimized())
        continue;
    //_getObjc2ProtocolRefs 获取到Mach-O的静态段 __objc_protorefs
    protocol_t **protolist = _getObjc2ProtocolRefs(hi, &count);
    for (i = 0; i < count; i++) {//遍历
        //比较当前协议和协议列表中的同一个内存地址的协议是否相同，如果不同则替换
        remapProtocolRef(&protolist[i]);//经过代码调试，并未执行
    }
}

ts.log("IMAGE TIMES: fix up @protocol references");

8、分类处理

分类的加载，会在后面的文章中介绍...

// Discover categories. Only do this after the initial category 发现分类
// attachment has been done. For categories present at startup,
// discovery is deferred until the first load_images call after
// the call to _dyld_objc_notify_register completes. rdar://problem/53119145
if (didInitialAttachCategories) {
    for (EACH_HEADER) {
        load_categories_nolock(hi);
    }
}

ts.log("IMAGE TIMES: discover categories");

9、类的加载处理

主要是实现类的加载处理，实现非懒加载类

• 通过_getObjc2NonlazyClassList获取Mach-O的静态段__objc_nlclslist非懒加载类表

• 通过addClassTableEntry将非懒加载类插入类表，存储到内存，如果已经添加就不会载添加，需要确保整个结构都被添加

• 通过realizeClassWithoutSwift实现当前的类，因为前面3中的readClass读取到内存的仅仅只有地址+名称，类的data数据并没有加载出来

// when other threads call the new category code before
    // this thread finishes its fixups.

    // +load handled by prepare_load_methods()

    // Realize non-lazy classes (for +load methods and static instances)
    for (EACH_HEADER) {
       //通过_getObjc2NonlazyClassList获取Mach-O的静态段__objc_nlclslist非懒加载类表
        classref_t const *classlist = 
            _getObjc2NonlazyClassList(hi, &count);
        for (i = 0; i < count; i++) {
            Class cls = remapClass(classlist[i]);
            if (!cls) continue;

            addClassTableEntry(cls);

            if (cls->isSwiftStable()) {
                if (cls->swiftMetadataInitializer()) {
                    _objc_fatal("Swift class %s with a metadata initializer "
                                "is not allowed to be non-lazy",
                                cls->nameForLogging());
                }
                // fixme also disallow relocatable classes
                // We can't disallow all Swift classes because of
                // classes like Swift.__EmptyArrayStorage
            }
           //实现当前的类，因为前面readClass读取到内存的仅仅只有地址+名称，类的data数据并没有加载出来
            //实现所有非懒加载的类(实例化类对象的一些信息，例如rw)
            realizeClassWithoutSwift(cls, nil);
        }
    }

    ts.log("IMAGE TIMES: realize non-lazy classes");

10、没有被处理的类，优化那些被侵犯的类

主要是实现没有被处理的类，优化被侵犯的类

// Realize newly-resolved future classes, in case CF manipulates them
    if (resolvedFutureClasses) {
        for (i = 0; i < resolvedFutureClassCount; i++) {
            Class cls = resolvedFutureClasses[i];
            if (cls->isSwiftStable()) {
                _objc_fatal("Swift class is not allowed to be future");
            }
            //实现类
            realizeClassWithoutSwift(cls, nil);
            cls->setInstancesRequireRawIsaRecursively(false/*inherited*/);
        }
        free(resolvedFutureClasses);
    }

    ts.log("IMAGE TIMES: realize future classes");

    if (DebugNonFragileIvars) {
        //实现所有类
        realizeAllClasses();
    }

接下来 我们需要重点关注一下readClass以及realizeClassWithoutSwift这两个方法。

readClass：读取类

readClass主要是去读取类，在未执行readClass之前，cls只是一个地址，在执行完readClass之后，返回的newCls已经有了名称。

• 为了让自己定义的LGPerson类进来，我们开readClass源码里面写了一些判断条件

   // 如果想自定义的类进入，自己加一个判断
    const char *LGPersonName = "LGPerson";
    if (strcmp(mangledName, LGPersonName) == 0) {
        auto kc_ro = (const class_ro_t *)cls->data();
        printf("%s -- 研究重点--%s\n", __func__,mangledName);
    }

• readClass源码实现如下，关键代码是addNamedClass和addClassTableEntry

Class readClass(Class cls, bool headerIsBundle, bool headerIsPreoptimized)
{
    const char *mangledName = cls->mangledName();

    const char *LGPersonName = "LGPerson";
    if (strcmp(mangledName, LGPersonName) == 0) {
        auto kc_ro = (const class_ro_t *)cls->data();
        printf("%s -- 研究重点--%s\n", __func__,mangledName);
    }
    //当前类的父类中若有丢失的weak-linked类，则返回nil
    if (missingWeakSuperclass(cls)) {
        // No superclass (probably weak-linked). 
        // Disavow any knowledge of this subclass.
        if (PrintConnecting) {
            _objc_inform("CLASS: IGNORING class '%s' with "
                         "missing weak-linked superclass", 
                         cls->nameForLogging());
        }
        addRemappedClass(cls, nil);
        cls->superclass = nil;
        return nil;
    }
    cls->fixupBackwardDeployingStableSwift();
    Class replacing = nil;
   //判断是不是后期要处理的类
    //正常情况下，不会走到popFutureNamedClass，因为这是专门针对未来待处理的类的操作
    //通过断点调试，不会走到if流程里面，因此也不会对ro、rw进行操作
    if (Class newCls = popFutureNamedClass(mangledName)) {
        // This name was previously allocated as a future class.
        // Copy objc_class to future class's struct.
        // Preserve future's rw data block.
        if (newCls->isAnySwift()) {
            _objc_fatal("Can't complete future class request for '%s' "
                        "because the real class is too big.", 
                        cls->nameForLogging());
        }
        class_rw_t *rw = newCls->data();
        const class_ro_t *old_ro = rw->ro();
        memcpy(newCls, cls, sizeof(objc_class));
        rw->set_ro((class_ro_t *)newCls->data());
        newCls->setData(rw);
        freeIfMutable((char *)old_ro->name);
        free((void *)old_ro);
        
        addRemappedClass(cls, newCls);
        
        replacing = cls;
        cls = newCls;
    }
    if (headerIsPreoptimized  &&  !replacing) {
        // class list built in shared cache
        // fixme strict assert doesn't work because of duplicates
        // ASSERT(cls == getClass(name));
        ASSERT(getClassExceptSomeSwift(mangledName));
    } else {
        addNamedClass(cls, mangledName, replacing);
        addClassTableEntry(cls);
    }
    // for future reference: shared cache never contains MH_BUNDLEs
    if (headerIsBundle) {
        cls->data()->flags |= RO_FROM_BUNDLE;
        cls->ISA()->data()->flags |= RO_FROM_BUNDLE;
    }
    
    return cls;
}

通过源码实现，主要分为以下几步：

• 通过mangledName获取类的名字，其中mangledName方法的源码实现如下

const char *mangledName() { 
        // fixme can't assert locks here
        ASSERT(this);

        if (isRealized()  ||  isFuture()) { //这个初始化判断在lookupImp也有类似的
            return data()->ro()->name;//如果已经实例化，则从ro中获取name
        } else {
            return ((const class_ro_t *)data())->name;//反之，从mach-O的数据data中获取name
        }
    }

• 当前类的父类中若有丢失的weak-linked类，则返回nil
• 判断是不是后期需要处理的类，在正常情况下，不会走到popFutureNamedClass，因为这是专门针对未来待处理的类的操作，也可以通过断点调试，可知不会走到if流程里面，因此也不会对ro、rw进行操作
• 通过addNamedClass将当前类添加到已经创建好的gdb_objc_realized_classes哈希表，该表用于存放所有类

static void addNamedClass(Class cls, const char *name, Class replacing = nil)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    Class old;
    if ((old = getClassExceptSomeSwift(name))  &&  old != replacing) {
        inform_duplicate(name, old, cls);

        // getMaybeUnrealizedNonMetaClass uses name lookups.
        // Classes not found by name lookup must be in the
        // secondary meta->nonmeta table.
        addNonMetaClass(cls);
    } else {
        //添加到gdb_objc_realized_classes哈希表
        NXMapInsert(gdb_objc_realized_classes, name, cls);
    }
    ASSERT(!(cls->data()->flags & RO_META));

    // wrong: constructed classes are already realized when they get here
    // ASSERT(!cls->isRealized());
}

• 通过addClassTableEntry，将初始化的类添加到allocatedClasses表，这个表在iOS底层原理 13 :dyld与objc的关联文章中提及过，是在_objc_init中的runtime_init就创建了allocatedClasses表

static void
addClassTableEntry(Class cls, bool addMeta = true)
{
    runtimeLock.assertLocked();

    // This class is allowed to be a known class via the shared cache or via
    // data segments, but it is not allowed to be in the dynamic table already.
    auto &set = objc::allocatedClasses.get();//开辟的类的表，在objc_init中的runtime_init就创建了表

    ASSERT(set.find(cls) == set.end());

    if (!isKnownClass(cls))
        set.insert(cls);
    if (addMeta)
        //添加到allocatedClasses哈希表
        addClassTableEntry(cls->ISA(), false);
}

总结:
readClass的主要作用就是将Mach-O中的类读取到内存，即插入表中，但是目前的类仅有两个信息：地址以及名称，而mach-O的其中的data数据还未读取出来

realizeClassWithoutSwift：实现类

realizeClassWithoutSwift方法中有ro、rw的相关操作，这个方法在消息流程的慢速查找中有所提及,方法路径为：慢速查找(lookUpImpOrForward) -->realizeClassMaybeSwiftAndLeaveLocked --> realizeClassMaybeSwiftMaybeRelock --> realizeClassWithoutSwift（实现类）

realizeClassWithoutSwift方法主要作用是实现类，将类的data数据加载到内存中，主要有以下几部分操作：

• 读取data数据，并设置ro、rw
• 递归调用realizeClassWithoutSwift完善继承链
• 通过methodizeClass方法化类

【第一步】：读取data数据

读取class的data数据，并将其强转为ro，以及rw初始化和ro拷贝一份到rw中的ro

• ro 表示 readOnly，即只读，其在编译时就已经确定了内存，包含类名称、方法、协议和实例变量的信息，由于是只读的，所以属于Clean Memory，而Clean Memory是指加载后不会发生更改的内存
• rw 表示 readWrite，即可读可写，由于其动态性，可能会往类中添加属性、方法、添加协议，在最新的2020的WWDC的对内存优化的说明Advancements in the Objective-C runtime - WWDC 2020 - Videos - Apple Developer中，提到rw，其实在rw中只有10%的类真正的更改了它们的方法，所以有了rwe，即类的额外信息。对于那些确实需要额外信息的类，可以分配rwe扩展记录中的一个，并将其滑入类中供其使用。其中rw就属于dirty memory，而 dirty memory是指在进程运行时会发生更改的内存，类结构一经使用就会变成 ditry memory，因为运行时会向它写入新数据，例如 创建一个新的方法缓存，并从类中指向它

// fixme verify class is not in an un-dlopened part of the shared cache?
//读取class的data()，以及ro/rw创建
auto ro = (const class_ro_t *)cls->data(); //读取类结构的bits属性、//ro -- clean memory，在编译时就已经确定了内存
auto isMeta = ro->flags & RO_META; //判断元类
if (ro->flags & RO_FUTURE) {
    // This was a future class. rw data is already allocated.
    rw = cls->data(); //dirty memory 进行赋值
    ro = cls->data()->ro();
    ASSERT(!isMeta);
    cls->changeInfo(RW_REALIZED|RW_REALIZING, RW_FUTURE);
} else { //此时将数据读取进来了，也赋值完毕了
    // Normal class. Allocate writeable class data.
    rw = objc::zalloc<class_rw_t>(); //申请开辟zalloc -- rw
    rw->set_ro(ro);//rw中的ro设置为临时变量ro
    rw->flags = RW_REALIZED|RW_REALIZING|isMeta;
    cls->setData(rw);//将cls的data赋值为rw形式
}

【第二步】递归调用 realizeClassWithoutSwift 完善 继承链

递归调用realizeClassWithoutSwift完善继承链,并设置当前类、父类、元类的rw

• 递归调用 realizeClassWithoutSwift设置父类、元类
• 设置父类和元类的isa指向
• 通过addSubclass 和 addRootClass设置父子的双向链表指向关系，即父类中可以找到子类，子类中可以找到父类

    //递归调用realizeClassWithoutSwift完善继承链,并处理当前类的父类、元类
    //递归实现 设置当前类、父类、元类的 rw，主要目的是确定继承链 （类继承链、元类继承链）
    //实现元类、父类
    //当isa找到根元类之后，根元类的isa是指向自己的，不会返回nil从而导致死循环——remapClass中对类在表中进行查找的操作，如果表中已有该类，则返回一个空值；如果没有则返回当前类，这样保证了类只加载一次并结束递归
    supercls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->superclass), nil);
    metacls = realizeClassWithoutSwift(remapClass(cls->ISA()), nil);   
...
// Update superclass and metaclass in case of remapping -- class 是 双向链表结构 即父子关系都确认了
// 将父类和元类给我们的类 分别是isa和父类的对应值
cls->superclass = supercls;
cls->initClassIsa(metacls);
...
// Connect this class to its superclass's subclass lists
//双向链表指向关系 父类中可以找到子类 子类中也可以找到父类
//通过addSubclass把当前类放到父类的子类列表中去
if (supercls) {
    addSubclass(supercls, cls);
} else {
    addRootClass(cls);
}

这里有一个问题，realizeClassWithoutSwift递归调用时，isa找到根元类之后, 但根元类的isa指向自己，不会返回nil，所以有以下的递归终止条件，其目的是保证类只加载一次

• 在realizeClassWithoutSwift中，如果类不存在，则返回nil，如果类已经实现，则直接返回cls。 所以根元类的isa虽然指向自己，但此时根元类已经实现，直接返回cls，递归终止。

static Class realizeClassWithoutSwift(Class cls, Class previously)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    
    //如果类不存在，则返回nil
    if (!cls) return nil;
    如果类已经实现，则直接返回cls
    if (cls->isRealized()) return cls;
    ASSERT(cls == remapClass(cls));
    
    ...
}

• 在remapClass方法中，如果cls不存在，则直接返回nil

static Class remapClass(Class cls)
{
    runtimeLock.assertLocked();

    if (!cls) return nil;//如果cls不存在，则返回nil

    auto *map = remappedClasses(NO);
    if (!map)
        return cls;
    
    auto iterator = map->find(cls);
    if (iterator == map->end())
        return cls;
    return std::get<1>(*iterator);
}

【第三步】通过 methodizeClass 方法化类

通过methodizeClass方法，从ro中读取方法列表（包括分类中的方法）、属性列表、协议列表赋值给rw，并返回cls

// Attach categories 附加类别 -- 疑问：ro中也有方法列表 rw中也有方法列表，下面这个方法可以说明
//将ro数据写入到rw
methodizeClass(cls, previously);

return cls;

断点调试 realizeClassWithoutSwift

• 在LGPerson中重写+load函数

  
  load.png

• realizeClassWithoutSwift方法中增加自定义逻辑

  
  

• 运行程序，让LGPerson进到_read_Images里面

  
  

• 跳转到下一个断点，进入realizeClassWithoutSwift, 并且此时的类就是LGPerson

  
  

• 继续在auto ro =加断点，继续运行，断住 -- 这部分主要是读取data

  
  

• 查看ro，其中auto isMeta = ro->flags & RO_META; //判断元类

  
  

• 在rw->set_ro(ro);处加断点，断住，查看rw，此时的rw是0x0,查看rw，其中包括ro 和 rwe

• 通过x/4gx cls ，查看cls内存情况，此时bits值为0

  
  图片.png

• 继续运行，然后查看x/4gx cls，此时bits还是为0x0

• 这里我们需要去查看set_ro的源码实现，其路径为：set_ro -- set_ro_or_rwe（找到 get_ro_or_rwe，是通过ro_or_rw_ext_t类型从ro_or_rw_ext中获取） -- ro_or_rw_ext_t中的ro

  
  

通过源码可知ro的获取主要分两种情况：有没有运行时

• 如果有运行时，从rw中读取
• 反之，如果没有运行时，从ro中读取

methodizeClass：方法化类

其中methodizeClass的源码实现如下，主要分为几部分：

• 将属性列表、方法列表、协议列表等贴到rwe中
• 附加分类中的方法（将在后面的文章中进行解释说明）

static void methodizeClass(Class cls, Class previously)
{
    runtimeLock.assertLocked();

    bool isMeta = cls->isMetaClass();
    auto rw = cls->data(); // 初始化一个rw
    auto ro = rw->ro();
    auto rwe = rw->ext();

    ...

    // Install methods and properties that the class implements itself.
    //将属性列表、方法列表、协议列表等贴到rw中
    // 将ro中的方法列表加入到rw中
    method_list_t *list = ro->baseMethods();//获取ro的baseMethods
    if (list) {
        prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));//methods进行排序
        if (rwe) rwe->methods.attachLists(&list, 1);//对rwe进行处理
    }
    // 加入属性
    property_list_t *proplist = ro->baseProperties;
    if (rwe && proplist) {
        rwe->properties.attachLists(&proplist, 1);
    }
    // 加入协议
    protocol_list_t *protolist = ro->baseProtocols;
    if (rwe && protolist) {
        rwe->protocols.attachLists(&protolist, 1);
    }

    // Root classes get bonus method implementations if they don't have 
    // them already. These apply before category replacements.
    if (cls->isRootMetaclass()) {
        // root metaclass
        addMethod(cls, @selector(initialize), (IMP)&objc_noop_imp, "", NO);
    }
    // Attach categories.
    // 加入分类中的方法
    if (previously) {
        if (isMeta) {
            objc::unattachedCategories.attachToClass(cls, previously,
                                                     ATTACH_METACLASS);
        } else {
            // When a class relocates, categories with class methods
            // may be registered on the class itself rather than on
            // the metaclass. Tell attachToClass to look for those.
            objc::unattachedCategories.attachToClass(cls, previously,
                                                     ATTACH_CLASS_AND_METACLASS);
        }
    }
    objc::unattachedCategories.attachToClass(cls, cls,
                                             isMeta ? ATTACH_METACLASS : ATTACH_CLASS);

    ....
}

方法如何排序

• 进入prepareMethodLists的源码实现,其内部是通过fixupMethodList方法排序
• 通过fixupMethodList找到SortBySELAddress
• 在SortBySELAddress方法里面return lhs.name < rhs.name ，我们知道方法的排序是根据method_t里面的name的地址进行排序

prepareMethodLists(Class cls, method_list_t **addedLists, int addedCount,
                   bool baseMethods, bool methodsFromBundle)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    if (addedCount == 0) return;
    if (baseMethods) {
        ASSERT(cls->hasCustomAWZ() && cls->hasCustomRR() && cls->hasCustomCore());
    }
    for (int i = 0; i < addedCount; i++) {
        method_list_t *mlist = addedLists[i];
        ASSERT(mlist);

        // Fixup selectors if necessary
        if (!mlist->isFixedUp()) {
            fixupMethodList(mlist, methodsFromBundle, true/*sort*/);
        }
    }
   ...

fixupMethodList(method_list_t *mlist, bool bundleCopy, bool sort)
{
    runtimeLock.assertLocked();
    ASSERT(!mlist->isFixedUp());
    if (!mlist->isUniqued()) {
        mutex_locker_t lock(selLock);
    
        // Unique selectors in list.
        for (auto& meth : *mlist) {
            const char *name = sel_cname(meth.name);
            meth.name = sel_registerNameNoLock(name, bundleCopy);
        }
    }
    // Sort by selector address.
    if (sort) {
        method_t::SortBySELAddress sorter;
        std::stable_sort(mlist->begin(), mlist->end(), sorter);
    }
    
    // Mark method list as uniqued and sorted
    mlist->setFixedUp();
}

    struct SortBySELAddress :
        public std::binary_function<const method_t&,
                                    const method_t&, bool>
    {
        bool operator() (const method_t& lhs,
                         const method_t& rhs)
        { return lhs.name < rhs.name; }
    };
};

attachLists

通过rwe->methods.attachLists(&list, 1)，从list中添加方法列表到rwe的methods中

method_list_t *list = ro->baseMethods();
    if (list) {
        prepareMethodLists(cls, &list, 1, YES, isBundleClass(cls));
        if (rwe) rwe->methods.attachLists(&list, 1);
    }

attachLists的源码如下：

 void attachLists(List* const * addedLists, uint32_t addedCount) {
        if (addedCount == 0) return;

        if (hasArray()) {
            // many lists -> many lists
            uint32_t oldCount = array()->count;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)realloc(array(), array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            memmove(array()->lists + addedCount, array()->lists, 
                    oldCount * sizeof(array()->lists[0]));
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
        else if (!list  &&  addedCount == 1) {
            // 0 lists -> 1 list
            list = addedLists[0];
        } 
        else {
            // 1 list -> many lists
            List* oldList = list;
            uint32_t oldCount = oldList ? 1 : 0;
            uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
            setArray((array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount)));
            array()->count = newCount;
            if (oldList) array()->lists[addedCount] = oldList;
            memcpy(array()->lists, addedLists, 
                   addedCount * sizeof(array()->lists[0]));
        }
    }

通过对源码的分析：
attachLists方法主要是将类 和 分类 的数据加载到rwe中

• 首先加载·本类的data数据，此时的rwe没有数据为空，走0对1流程
• 当加入一个分类时，此时的rwe仅有一个list，即本类的list，走1对多流程
• 再加入一个分类时，此时的rwe中有两个list，即本类+分类的list，走多对多流程
  

懒加载类和非懒加载类

区别: 非懒加载类实现了+load方法，而懒加载类没有。

懒加载类和非懒加载类的数据加载时机如下图所示：