iOS类的加载原理（下）
前言
我们在iOS类的加载原理（上）我们介绍了类的加载原理的大致流程，由篇幅过长，上篇文章未介绍完，这篇文章继续展开类的加载原理分析。
rwe，rw，ro的介绍
我们在iOS类的加载原理（上）简单介绍了，rwe，rw，ro，那么为什么会这些呢？
clean memory是指加载后不会发生更改的内存，可以进行移除从而节省更多的内存空间
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dirty memory，因为运行时会向它写入新的数据，比如：创建一个新的方法缓存并从类中指向它，它比clean memory要昂贵得多，只要进程在运行，它就必须一直存在，，因为如果你需要clean memory，系统可以从磁盘中重新加载，macOS可以选择唤出dirty memory,因为iOS不使用swap所以diry memory在iOS中代价很大，dirty memory是这个类数据被分成两部分的原因，可以保持清的数据越多越好，可以保持清洁的数据越多越好，通过分离那些永远不会更改的数据，可以把大部分的类数据存在clean memory
ro(class_ro_t)属于clean memory，因为它是只读的，从磁盘加载进来的(沙盒)
rw(class_rw_t)属于dirty memory， 当类第一次使用的时候运行时会为类分配额外的存储容量，这个运行时分配的存储容量是class_rw_t用于读取-编写数据，在这个数据结构中，存储了只在在运于时才会生成的新信息，比如：所有的类都会链接成一个树状结构，通过First Subclass和Next Sibling Class指针实现的，这允许运行时遍历当前使用的所有类，这对于使方法缓存无效非常有用,它的数据是从ro中复制过来的 drity memory是在手机端是非常昂贵的
rwe 当category加载，添加新的方法时，需要用到运行时，由ro只读，我们无法更改，就需要rw，就会占用相当多的内存，不可能所有的类都会需要动态修改，如果全部写到rw就会浪费很多内存，当我们需要rwe的时候，就会根据一个ext的标识创建，对rw做一些扩展，优化内存，像我们的方法，协议，属性会有变化的可能，所以存在rwe中，而类的父类信息，名字放在rw中。
指针强转到数据结构
在iOS类的加载原理（上）中我们介绍read_class中有cls->data()可以得到data的数据，那么data的数据从哪来，我们接着分析。
我们搜索realizeClassWithoutSwift找到相关实现，我们找到下面两行代码：
auto ro = (const class_ro_t *)cls->data();
auto isMeta = ro->flags & RO_META;
我们运行并断点调试一下，如图：
1
cls是一个地址，调用了data()就得到了ro这是为什么呢？我们接着往下看。
我们看下data这个函数的源码
class_rw_t *data() const {
return bits.data();
}
是从bits里面拿到的data我们再看下bits，如下:
class_rw_t* data() const {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
这里bits& FAST_DATA_MASK这个值强转成了指向class_rw_t类型的指针，结构体指针可以取结构中的数据。
attachCategories反推思路
我们上面介绍了rwe，rw，ro那么 rwe是在什么时候有赋值的呢，我们继续分析。
在methodizeClass这个函数中auto rwe = rw->ext();由这行代码控制rwe，经过查找extAllocIfNeeded由这个函数控制，iOS类的加载原理（上）里面有介绍extAllocIfNeeded这个函数的赋值的点在attachCategories，而它又在attachToClass，load_categories_nolock有调用。
我们先在attachToClass打个断点，我们再找attachToClass的调用点，结果发现是在methodizeClass调用的，我们先看下里面调用的代码：
// Attach categories.
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);
attachToClass的调用是由previously控制的，我们发现previously是methodizeClass这个函数的形参，我们再次查找发现是在realizeClassWithoutSwift这里调用了methodizeClass并传入previously参数，realizeClassWithoutSwift的previously也是由形参传过来的，经过一系的分析，它是一个备用参数(nil)，这里不会调用，
我们再看下张图：
2
只会调用1559的attachToClass。
我们的推导过程顺序如下：
realizeClassWithoutSwift-> methodizeClass-> attachToClass-> attachCategories
attachList算法
我们看下** attachCategories**的代码，如下：
static void
attachCategories(Class cls, const locstamped_category_t *cats_list, uint32_t cats_count,
int flags)
{
if (slowpath(PrintReplacedMethods)) {
printReplacements(cls, cats_list, cats_count);
}
if (slowpath(PrintConnecting)) {
_objc_inform("CLASS: attaching %d categories to%s class '%s'%s",
cats_count, (flags & ATTACH_EXISTING) ? " existing" : "",
cls->nameForLogging(), (flags & ATTACH_METACLASS) ? " (meta)" : "");
}
/*
* Only a few classes have more than 64 categories during launch.
* This uses a little stack, and avoids malloc.
*
* Categories must be added in the proper order, which is back
* to front. To do that with the chunking, we iterate cats_list
* from front to back, build up the local buffers backwards,
* and call attachLists on the chunks. attachLists prepends the
* lists, so the final result is in the expected order.
*/
constexpr uint32_t ATTACH_BUFSIZ = 64;
method_list_t *mlists[ATTACH_BUFSIZ];
property_list_t *proplists[ATTACH_BUFSIZ];
protocol_list_t *protolists[ATTACH_BUFSIZ];
uint32_t mcount = 0;
uint32_t propcount = 0;
uint32_t protocount = 0;
bool fromBundle = NO;
bool isMeta = (flags & ATTACH_METACLASS);
auto rwe = cls->data()->extAllocIfNeeded();
const char *mangledName = cls->nonlazyMangledName();
if (strcmp(mangledName, "LGPerson") == 0)
{
if (!isMeta) {
printf("LGPerson....\n");
}
}
for (uint32_t i = 0; i < cats_count; i++) {
auto& entry = cats_list[I];
method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
if (mlist) {
if (mcount == ATTACH_BUFSIZ) {
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle, __func__);
rwe->methods.attachLists(mlists, mcount);
mcount = 0;
}
mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist;
fromBundle |= entry.hi->isBundle();
}
property_list_t *proplist =
entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
if (proplist) {
if (propcount == ATTACH_BUFSIZ) {
rwe->properties.attachLists(proplists, propcount);
propcount = 0;
}
proplists[ATTACH_BUFSIZ - ++propcount] = proplist;
}
protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocolsForMeta(isMeta);
if (protolist) {
if (protocount == ATTACH_BUFSIZ) {
rwe->protocols.attachLists(protolists, protocount);
protocount = 0;
}
protolists[ATTACH_BUFSIZ - ++protocount] = protolist;
}
}
if (mcount > 0) {
prepareMethodLists(cls, mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount,
NO, fromBundle, __func__);
rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);
if (flags & ATTACH_EXISTING) {
flushCaches(cls, __func__, [](Class c){
// constant caches have been dealt with in prepareMethodLists
// if the class still is constant here, it's fine to keep
return !c->cache.isConstantOptimizedCache();
});
}
}
rwe->properties.attachLists(proplists + ATTACH_BUFSIZ - propcount, propcount);
rwe->protocols.attachLists(protolists + ATTACH_BUFSIZ - protocount, protocount);
}
这里面调用的rwe->protocols.attachLists(protolists + ATTACH_BUFSIZ - protocount, protocount);
我们看下attachLists这个函数，代码如下：
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;
array_t *newArray = (array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount));
newArray->count = newCount;
array()->count = newCount;
for (int i = oldCount - 1; i >= 0; I--)
newArray->lists[i + addedCount] = array()->lists[I];
for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
newArray->lists[i] = addedLists[I];
free(array());
setArray(newArray);
validate();
}
else if (!list && addedCount == 1) {
// 0 lists -> 1 list
list = addedLists[0];
validate();
}
else {
// 1 list -> many lists
Ptr<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;
for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
array()->lists[i] = addedLists[I];
validate();
}
}
这是核心重点，我们来分析下。
else if (!list && addedCount == 1) {
// 0 lists -> 1 list
list = addedLists[0];
validate();
}
这个流程把addedLists[0]给了List，list是一维数组。
else {
// 1 list -> many lists
Ptr<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;
for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
array()->lists[i] = addedLists[I];
validate();
}
这段代码就是如果oldList为1，在lists的第addedCount元素插入数据，接着再把addedLists元素从lists的0元素开始插入。
if (hasArray()) {
// many lists -> many lists
uint32_t oldCount = array()->count;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
array_t *newArray = (array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount));
newArray->count = newCount;
array()->count = newCount;
for (int i = oldCount - 1; i >= 0; I--)
newArray->lists[i + addedCount] = array()->lists[I];
for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
newArray->lists[i] = addedLists[I];
free(array());
setArray(newArray);
validate();
}
这段代码倒序一个一个的插入到newArray中，最后会把newArray释放掉 。
分类和主类加载的4种情况
我们添加一个RoPerson的分类RoPerson+RoA，并且写一个Load方法，验证是否是必须用Load方法才可以调用attachCategories。
同样需要加入以下代码，方便测试，如下：
const char *mangledName = cls->nonlazyMangledName();
if (strcmp(mangledName, "RoPerson") == 0)
{
if (!isMeta) {
printf("RoPerson....\n");
}
}
然后我们在attachCategories的上面测试代码中打断点调试，如图：
3
我们的断点进入了attachCategories函数中。
1.RoPerson与其分类都有实现load方法（非懒加载）。
2.分类实现Load方法，主类不实现Load方法，经过测试并没有进入attachCategories函数中。
3.分类没有实现Load方法，主类有实现Load方法，经过测试并没有进入attachCategories函数中。
4.分类没有实现Load方法，主类也没有实现Load方法，经过测试并没有进入attachCategories函数中。
那么分类加载的流程是什么，我们接着分析。
分类加载流程跟踪
我们先讲上面的第一种情况RoPerson与其分类都有实现load方法。的流程。
我们在_read_images这个函数加入的测试代码中断点，如下图：
4
然后断点进入realizeClassWithoutSwift函数，在终端执行以下命令，如图：
5
当我们取到第10的时候，报错了，也就是说分类的方法，我们继续往下执行，走到了load_categories_nolock这个函数中。
我们看下当前的堆栈，如图：
6
接着我们在终端在执行以下命令，如图：
7
在这是里打印出了我们的RoA这个分类，说明加载了，也就是在运行时的时候才加载。
这个时候，再继续执行，走到了attachCategories这个函数。
在以下代码可以看出在处理方法，协议，属性
method_list_t *mlist = entry.cat->methodsForMeta(isMeta);
if (mlist) {
if (mcount == ATTACH_BUFSIZ) {
prepareMethodLists(cls, mlists, mcount, NO, fromBundle, __func__);
rwe->methods.attachLists(mlists, mcount);
mcount = 0;
}
mlists[ATTACH_BUFSIZ - ++mcount] = mlist;
fromBundle |= entry.hi->isBundle();
}
property_list_t *proplist =
entry.cat->propertiesForMeta(isMeta, entry.hi);
if (proplist) {
if (propcount == ATTACH_BUFSIZ) {
rwe->properties.attachLists(proplists, propcount);
propcount = 0;
}
proplists[ATTACH_BUFSIZ - ++propcount] = proplist;
}
protocol_list_t *protolist = entry.cat->protocolsForMeta(isMeta);
if (protolist) {
if (protocount == ATTACH_BUFSIZ) {
rwe->protocols.attachLists(protolists, protocount);
protocount = 0;
}
protolists[ATTACH_BUFSIZ - ++protocount] = protolist;
}
if (mcount > 0) {
prepareMethodLists(cls, mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount,
NO, fromBundle, __func__);
rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);
if (flags & ATTACH_EXISTING) {
flushCaches(cls, __func__, [](Class c){
// constant caches have been dealt with in prepareMethodLists
// if the class still is constant here, it's fine to keep
return !c->cache.isConstantOptimizedCache();
});
}
}
这里对方法又进行了排序，mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount这里得到是二级指针，通过p mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount可以查看。
** rwe->methods.attachLists(mlists + ATTACH_BUFSIZ - mcount, mcount);**这个函数把分类的方法加入到主类中。
多个分类加载
我们再为RoPerson创建一个分类RoPerson+RoB，然后加入方法和属性，重新运行。
在进入load_categories_nolock这个函数是，我们打印下count变量是2，如图：
8
然后执行以下命令，如图：
9
这里是RoB的加载，我们过掉，继续执行，然后在load_categories_nolock中打印以下命令，如图：
10
这里是RoA的加载，而这个时候在attachLists这个函数中走到了
if (hasArray()) {
// many lists -> many lists
uint32_t oldCount = array()->count;
uint32_t newCount = oldCount + addedCount;
array_t *newArray = (array_t *)malloc(array_t::byteSize(newCount));
newArray->count = newCount;
array()->count = newCount;
for (int i = oldCount - 1; i >= 0; I--)
newArray->lists[i + addedCount] = array()->lists[I];
for (unsigned i = 0; i < addedCount; I++)
newArray->lists[i] = addedLists[I];
free(array());
setArray(newArray);
validate();
}
这段代码，newArray也是二维存储，存的是分类以及主类方法的的指针。
五种情况ro-rw数据的加载
以上几个是分类与主类都有load的方法实现时的数据加载，那么其它的情况呢，我们接着分析。第一种情况以上已经介绍。
2.我们先看分类实现，主类没有的情况，重新运行工程。
如图：
11
这里进入了非懒加载的方式，也就是说分类实现的load方法，导致主类进入了非懒加载，那么主类的数据怎么来呢，我们断点进入realizeClassWithoutSwift这个函数查看，如图：
12
这说明主类与分类的数据已经存在，伴随着类的加载合到一起了，在data()获取。
3.我们再来看分类没有，主类有Load方法的实现情况，重新运行工程，经过分析，如图：
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这说明主类实现了load方法，分类的方法也有了，同样在data()获取数据。
4.我们继续看主类没有实现load方法，分类也没有实现Load方法的情况，重新运行工程，先在main函数打个断点，如图：
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继续执行走到了realizeClassWithoutSwift这个函数，是在第一次发送消息的时候加载的（懒加载），我们再看下堆栈
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是推迟到第一次发送消息的时候加载。
5.主类有Load方法，分类也有load方法，但是有多个分类的情况（分类不全有），我们创建RoPerson+RoB这个分类，重新运行工程，进入的也是Realize non-lazy classes（非懒加载） (for +load methods and static instances)模式，也会走到load_categories_nolock这个函数，这个函 数的count是2，也就是一个一个的加载，这里的count是在processCatlist(hi->catlist(&count));（闭包）得到的，其实也就是在_getObjc2CategoryList这个地方获取的，由Macho决定的。
结语
这篇文章主要介绍了分类的加载，跟iOS类的加载原理（上）一起整体介绍了分类的加载原理，如有错误，烦请大家留言指正，相互交流学习。
