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iOS 类的加载原理下

iOS 类的加载原理下

作者: 晨曦的简书 | 来源:发表于2021-08-01 16:23 被阅读0次

    类的加载原理：
    iOS 类的加载原理上
    iOS 类的加载原理中
    iOS 类的加载原理下
    分类的加载原理补充及类扩展 , 关联对象介绍

    ro, rw, rwe

    在继续讲类的加载之前我们先来了解一个概念，什么是 ro, rw 跟 rwe。

    ro：app 在使用类时，是需要在磁盘中 app 的二进制文件中读取类的信息，二进制文件中的类存储了类的元类、父类、flags 和方法缓存，而类的额外信息(name、方法、协议和实例变量等)存储在 class_ro_t 中。class_ro_t 简称 ro，read only，将类从磁盘中读取到内存中就是对 ro 的赋值操作。由于 ro 是只读的，加载到内存后不会发生改变又称为 clean memory（干净内存）。

    rw：class_rw_t 简称 rw，read write，用于读写编写程序。drity memory 在进程运行时发生更改的内存。类一经使用运行时就会分配一个额外的内存，那么这个内存变成了drity memory。但是在实际应用中，类的使用量只是 10%，这样就在 rw 中造成了内存浪费，所以苹果就把 rw 中方法、协议和实例变量等放到了class_rw_ext_t 中。

    rwe: class_rw_ext_t 简称 rwe，read write ext，用于运行时存储类的方法、协议和实例变量等信息。

    推荐大家看下 WWDC20 这段视频，相信大家看完之后会对 ro, rw 跟 rwe 有更详细的了解。

    attachCategories 反推思路

    了解了 ro, rw 跟 rwe 之后，我们先来看下 rew 是在哪里被赋值的。


    在源码的 attachCategories 方法中我们可以看到 auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded()，所以如果要对 rwe 赋值的话必然要调用 extAllocIfNeeded。

    通过搜索 extAllocIfNeeded 可以看到分别在添加分类 , 协议 , 属性等这些地方才会调用 extAllocIfNeeded 函数。 这也验证了 WWDC 视频里面讲的只有在分类被加载时向类中添加方法或者调用运行时 API 动态添加方法或者属性的时候才会更改 rwe。因为这里我们要探究分类的加载，说以我们要看 attachCategories 函数。因为我们不知道分类是什么时候被加载进来的，所以我们通过反推的方式来看下 attachCategories 在哪些地方被调用了。


    搜索可以看到分别在 load_categories_nolock 跟 attachToClass 这两个地方调用了 attachCategories 函数。

    接着我们搜索 attachToClass 发现有三个地方调用了这个函数，但是都是在 methodizeClass 函数里面调用的。我们看到代码逻辑走到 if (previously) {} 的前提是 previously 有值，而 previously 是函数参数，所以我们搜索 methodizeClass 函数。

    搜索之后看到 methodizeClass 在 realizeClassWithoutSwift 里面被调用，所以继续搜索 realizeClassWithoutSwift。

    搜索之后可以看到调用 realizeClassWithoutSwift 函数时 previously 传的都是 nil，是备用参数，所以不会走到 if (previously) {} 里面。所以 attachCategories 调用流程如下。

    1. load_categories_nolock -> attachCategories
    2. realizeClassWithoutSwift -> methodizeClass -> attachToClass -> attachCategories

    分类和主类加载的 5 种情况

    通过前面的分析我们已经知道类的加载跟是否实现 load 方法分为懒加载跟非懒加载两种情况，那么分类的加载是否也跟 load 方法有关系呢？这里我们分几种情况来探究一下。

    1. 类与分类都实现 load 方法

    @interface LGPerson : NSObject
{
    int a;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)saySomething;
+ (void)sayHappy;

@end

#import "LGPerson.h"
#import <objc/message.h>

@implementation LGPerson

+ (void)load{}

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}

@end

    #import "LGPerson.h"

@interface LGPerson (LGA)

@property (nonatomic, copy) NSString *cateA_name;

- (void)saySomething;

- (void)cateA_instanceMethod1;

+ (void)cateA_classMethod1;

@end

#import "LGPerson+LGA.h"

@implementation LGPerson (LGA)

+ (void)load{}


- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cateA_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)cateA_classMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

    首先是类与分类都实现了 load 方法，然后我们在 attachCategories 中来做拦截，看一下整体的加载流程。






    通过断点拦截可以看到类与分类都实现 load 方法时的加载流程如下：

    _read_images（非懒加载类） -> realizeClassWithoutSwift -> load_categories_nolock -> attachToClass -> attachCategories



    当来到 realizeClassWithoutSwift 函数的时候我们打印 ro 信息，看到 $3 里面方法数量是 3 个，都是主类的方法，说明分类的方法并没有加载到 ro里面。
    在 load_categories_nolock 函数中我们打印可以看到 count 是当前分类的数量，打印 cat 也可以看到当前分类的结构及分类名称。


    接着在 for (uint32_t i = 0; i < cats_count; i++) 中也可以看到 mlist 正好就是对应分类 LGPerson (LGA) 中的两个方法，代码执行的逻辑就是把 mlist 地址存放在 mlists 的第 63 位。

    接着我们往下看。


    在这里我们可以看到 mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount 是一个二级指针，prepareMethodLists 之前已经分析过了，会进行方法的排序。接着我们来到 attachLists 函数。

    在这里 lists 存放的就是一级数组指针，array()->lists[1] 存放的是主类的方法列表，array()->lists[0] 存放的是分类的方法列表。

    当有多个分类的时候，会有一些不同，在 attachLists 函数中会走到 if (hasArray()) 条件里面。

    2. 分类实现 load 方法，主类不实现 load 方法

    @interface LGPerson : NSObject
{
    int a;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)saySomething;
+ (void)sayHappy;

@end

#import "LGPerson.h"
#import <objc/message.h>

@implementation LGPerson

//+ (void)load{}

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}

@end

    #import "LGPerson.h"

@interface LGPerson (LGA)

@property (nonatomic, copy) NSString *cateA_name;

- (void)saySomething;

- (void)cateA_instanceMethod1;

+ (void)cateA_classMethod1;

@end

#import "LGPerson+LGA.h"

@implementation LGPerson (LGA)

+ (void)load{}


- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cateA_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)cateA_classMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end



    当主类不实现 load 方法，分类实现 load 方法的时候加载流程如下，跟主类实现 load 方法，分类不实现 load 方法的情况比较相似，也没有走 attachCategories 方法。

    _read_images（非懒加载类） -> realizeClassWithoutSwift -> load_categories_nolock -> attachToClass

    在这里可以看到一个问题，主类没有实现 load 方法的情况下也会走到非懒加载加载流程，这是因为分类实现了 load 方法。但是没有走 attachCategories 方法，那么分类的方法是什么时候加载到方法列表的呢?


    通过在 realizeClassWithoutSwift 方法这里断点输出可以看到，method_list_t 中方法 count 为 5，正好是主类加上分类的方法数量，而且输出 p $3.get(1).big() 可以看到正好是分类里的方法，说明在主类不实现 load 方法，分类实现 load 方法的时候，在 realizeClassWithoutSwift 函数中伴随着类的加载，分类的方法数据在这个时候通过 data() 就可以获取到了。

    3. 分类不实现 load 方法，主类实现 load 方法

    @interface LGPerson : NSObject
{
    int a;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)saySomething;
+ (void)sayHappy;

@end

#import "LGPerson.h"
#import <objc/message.h>

@implementation LGPerson

+ (void)load{}

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}

@end

    #import "LGPerson.h"

@interface LGPerson (LGA)

@property (nonatomic, copy) NSString *cateA_name;

- (void)saySomething;

- (void)cateA_instanceMethod1;

+ (void)cateA_classMethod1;

@end

#import "LGPerson+LGA.h"

@implementation LGPerson (LGA)

//+ (void)load{}


- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cateA_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)cateA_classMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end



    当分类不实现 load 方法，主类实现 load 方法的时候可以看到加载流程如下，相对于类与分类都实现 load 方法的情况下没有走 attachCategories 方法。

    _read_images（非懒加载类） -> realizeClassWithoutSwift -> load_categories_nolock -> attachToClass

    当分类不实现 load 方法，主类实现 load 方法的时候在 realizeClassWithoutSwift 方法中这里打印可以看到跟当主类不实现 load 方法，分类实现 load 方法的时候相似，都是在这里通过 data() 就可以获取到分类的方法数据。

    4. 分类与主类都不实现 load 方法

    @interface LGPerson : NSObject
{
    int a;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)saySomething;
+ (void)sayHappy;

@end

#import "LGPerson.h"
#import <objc/message.h>

@implementation LGPerson

//+ (void)load{}

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}

@end

    #import "LGPerson.h"

@interface LGPerson (LGA)

@property (nonatomic, copy) NSString *cateA_name;

- (void)saySomething;

- (void)cateA_instanceMethod1;

+ (void)cateA_classMethod1;

@end

#import "LGPerson+LGA.h"

@implementation LGPerson (LGA)

//+ (void)load{}


- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cateA_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)cateA_classMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

    当主类与分类都不实现 load 方法的时候可以可以看到会直接来到 main 函数这里。


    当主类与分类都没有实现 load 方法的时候，可以看到类的初始化会推迟到当前类接收第一条消息的时候，但是不管是主类还是分类方法的加载都是在 realizeClassWithoutSwift 函数中通过 data() 就可以获取到，这个时候就已经加载了。

    5. 当主类实现 load 方法，分类不全实现 load 方法

    @interface LGPerson : NSObject
{
    int a;
}

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

- (void)saySomething;
+ (void)sayHappy;

@end

@implementation LGPerson

+ (void)load{}

- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}

@end


@interface LGPerson (LGA)

@property (nonatomic, copy) NSString *cateA_name;

- (void)saySomething;

- (void)cateA_instanceMethod1;

+ (void)cateA_classMethod1;

@end

#import "LGPerson+LGA.h"

@implementation LGPerson (LGA)

+ (void)load{}


- (void)saySomething{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

- (void)cateA_instanceMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

+ (void)cateA_classMethod1{
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end


@interface LGPerson (LGB)

- (void)saySomethingB;

@end

@implementation LGPerson (LGB)

//+ (void)load{}

- (void)saySomethingB {
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

    这里有一种特殊的情况，当主类 LGPerson 实现 load 方法，但是分类只有 LGA 实现 load 方法的时候可以看到会来到 load_categories_nolock 方法，count 正好是分类的数量。在这里会循环执行 attachCategories 函数。上面可以看到正常情况下我们可以通过 data() 读取到分类及主类的方法数据，其实都是由 MachO 文件直接加载数据，但是 load 方法会打破这个顺序，所以会非常耗时，所以我们要谨慎使用 load 方法。

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