Category-load、initialize調(diào)用原理

面試題

load、initialize方法的區(qū)別是什么？他們?cè)贑ategory中的調(diào)用順序？

load調(diào)用原理

1.+load方法會(huì)在runtime加載類、分類的時(shí)候調(diào)用，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)調(diào)用

2.每個(gè)類、分類的+load，在程序運(yùn)行中只會(huì)調(diào)用一次

3.調(diào)用順序
1>先調(diào)用父類的+load
a)按照編譯順序先后調(diào)用（先編譯，先調(diào)用）
b)調(diào)用子類的+load之前會(huì)先調(diào)用父類的+load

2>再調(diào)用分類的+load
a)按照編譯先后順序調(diào)用（先編譯，先調(diào)用）

首先給出結(jié)論，接下來(lái)通過(guò)代碼驗(yàn)證和源碼分析。

load代碼驗(yàn)證

先來(lái)一段代碼，分析load方法的調(diào)用情況。
創(chuàng)建Person類繼承至NSObject，Person+Test1分類，Person+Test2分類；再創(chuàng)建Student類繼承至Person，Student+Test1分類，Person+Test2分類；最后創(chuàng)建Dog也是繼承至NSObject，與Person類對(duì)照。

@interface Person : NSObject

@end

@implementation Person

+ (void)load{
    NSLog(@"Person +load");
}

@end



@interface Person (Test1)

@end

@implementation Person (Test1)

+ (void)load{
    NSLog(@"Person (Test1) +load");
}

@end



@interface Person (Test2)

@end

@implementation Person (Test2)

+ (void)load{
    NSLog(@"Person (Test2) +load");
}

@end



@interface Student : Person

@end

@implementation Student

+ (void)load{
    NSLog(@"Student +load");
}

@end



@interface Student (Test1)

@end

@implementation Student (Test1)

+ (void)load{
    NSLog(@"Student (Test1) +load");
}

@end



@interface Student (Test2)

@end

@implementation Student (Test2)

+ (void)load{
    NSLog(@"Student (Test1) +load");
}

@end


@interface Dog : NSObject

@end

+ (void)load{
    NSLog(@"Dog +load");
}

運(yùn)行上面代碼，在外部不調(diào)用Person，Student，Dog中的方法，每個(gè).m文件中+load都調(diào)用了一遍。運(yùn)行結(jié)果如下圖。


+load調(diào)用順序

代碼主要驗(yàn)證下load方法的調(diào)用順序
1>只在Person.m、Person+Test1.m、Person+Test2.m中實(shí)現(xiàn)+load方法，其他.m文件中的+load方法都屏蔽掉，觀察調(diào)用類和分類的+load方法順序。


調(diào)用類和分類中+load順序

運(yùn)行結(jié)果顯示先調(diào)用類的+load，再調(diào)用分類的+load。

2>只在Person.m、Student.m、Dog.m中實(shí)現(xiàn)+load方法，其他.m文件中的+load方法都屏蔽掉，觀察沒有分類時(shí)，調(diào)用類的+load方法順序。


調(diào)用類中+load順序

上圖中可以看出文件的編譯順序是Dog.m->Student.m->Person.m，其中Student繼承至Person。而運(yùn)行結(jié)果Dog中+load調(diào)用先于Person，說(shuō)明調(diào)用類中+load方法是按照編譯順序調(diào)用，先編譯先調(diào)用。Student的編譯順序先于Person，為什么調(diào)用順序反而在后面呢？這是因?yàn)镾tudent繼承至Person，調(diào)用子類的+load前會(huì)先調(diào)用父類的+load。

3>只在Persson+Test1.m、Persson+Test2.m、Student+Test1.m、Student +Test2.m中實(shí)現(xiàn)+load方法，其他.m文件中的load方法都屏蔽掉，觀察調(diào)用分類的+load方法順序。


調(diào)用分類中+load順序

上圖中可以看出分類文件的編譯順序是Person+Test1.m->Person+Test2.m->Student+Test1.m-> Student +Test2.m，而運(yùn)行的結(jié)果和編譯順序是一樣的。說(shuō)明調(diào)用分類的+load是按照編譯順序，先編譯先調(diào)用。

從上面的三步分別驗(yàn)證，再看第一次運(yùn)行的結(jié)果截圖，這個(gè)順序是完全符合的。這樣也就驗(yàn)證了最開頭的+load調(diào)用順序的總結(jié)。并且在外部完全不調(diào)用+load方法的時(shí)候，+load方法依然會(huì)被調(diào)用，其實(shí)就是runtime在加載類和分類的時(shí)候就主動(dòng)調(diào)用了+load方法，同時(shí)結(jié)合以上運(yùn)行結(jié)果，程序運(yùn)行過(guò)程中只會(huì)調(diào)用一次+load方法。

load源碼分析

為什么調(diào)用+load會(huì)出現(xiàn)以上的規(guī)律呢?我們通過(guò)runtime源碼來(lái)一探究竟。

先貼一個(gè)源碼解析的流程圖


+load源碼解析流程

首先來(lái)到runtime的初始化方法，在objc-os.mm中搜索_objc_init。

runtime初始化函數(shù)

再來(lái)到load_images，這個(gè)函數(shù)中主動(dòng)調(diào)用了load方法。

load_images函數(shù)

我們先看看系統(tǒng)是怎么去查找load方法的，進(jìn)入到prepare_load_methods函數(shù)。

prepare_load_methods函數(shù).png

這里發(fā)現(xiàn)類和分類都是分別按照編譯的順序取出來(lái)，分類取出來(lái)之后就直接按編譯順序放到了一個(gè)loadable_list中，而類取出來(lái)中又調(diào)用了schedule_class_load函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)中其實(shí)是給類和父類調(diào)用順序排序。

schedule_class_load函數(shù)

上圖可以看出，每個(gè)類中的+load方法都只會(huì)調(diào)用一次，遞歸的將類和父類都添加到loadable_list中，并且父類會(huì)排在前面。

接下來(lái)再看看add_class_to_loadable_list和add_category_to_loadable_list中具體做了什么

add_class_to_loadable_list函數(shù)和add_category_to_loadable_list函數(shù)

查找load方法的邏輯總結(jié)（prepare_load_methods）

類和其對(duì)應(yīng)的load方法，賦值給loadable_class，最后統(tǒng)一添加到loadable_classes中
順序是按文件編譯的順序，但是父類會(huì)強(qiáng)制排在子類前面，并且每個(gè)類只會(huì)被添加一次

分類和其對(duì)應(yīng)的load方法，賦值給loadable_category,最后統(tǒng)一添加到loadable_categories中
順序就是按編譯的順序

接著在來(lái)看call_load_methods，調(diào)用load方法邏輯。

call_load_methods函數(shù)

這里就可以發(fā)現(xiàn)在調(diào)用load方法時(shí)，是優(yōu)先調(diào)用類的+load方法，再調(diào)用分類的+load方法。

call_class_loads和call_category_loads中具體如何執(zhí)行的，我們繼續(xù)向下看。

call_class_loads函數(shù)

call_category_loads函數(shù)

在類和分類中都是直接找到+load方法然后調(diào)用。所以不存在先調(diào)用調(diào)用子類的+load，就不調(diào)用父類的+load，也不存在先調(diào)用分類的+load，就不調(diào)用原本類中的+load。類和分類中的+load都會(huì)在runtime初始化時(shí)主動(dòng)被系統(tǒng)調(diào)用，并且在運(yùn)行過(guò)程中只調(diào)用一次。

initialize調(diào)用原理

1.+initialize方法會(huì)在類第一次接收到消息時(shí)調(diào)用

2.調(diào)用順序
a)先調(diào)用父類的+initialize，再調(diào)用子類的+initialize（先初始化父類，再初始化子類，每個(gè)類只會(huì)初始化一次）

+initialize是通過(guò)objc_msgSend進(jìn)行調(diào)用的，所以有以下特點(diǎn)
a)如果子類沒有實(shí)現(xiàn)+initialize，會(huì)調(diào)用父類的+initialize（所以父類的+initialize可能會(huì)被調(diào)用多次）
b)如果分類實(shí)現(xiàn)了+initialize，就會(huì)覆蓋類本身的+initialize調(diào)用

接下來(lái)通過(guò)代碼驗(yàn)證和源碼分析。

代碼驗(yàn)證
@interface Person : NSObject

@end

@implementation Person

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Person +initialize");
}

@end


@interface Person (Test1)

@end

@implementation Person (Test1)

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Person (Test1) +initialize");
}

@end


@interface Person (Test2)

@end

@implementation Person (Test2)

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Person (Test2) +initialize");
}

@end


@interface Student : Person

@end

@implementation Student

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Student +initialize");
}

@end


@interface Student (Test1)

@end

@implementation Student (Test1)

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Student (Test1) +initialize");
}

@end


@interface Student (Test2)

@end

@implementation Student (Test2)

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Student (Test1) +initialize");
}

@end


@interface Dog : NSObject

@end

@implementation Dog

+ (void)initialize{
    NSLog(@"Dog +initialize");
}

@end

1>以上代碼，在外部不調(diào)用所有類和分類，運(yùn)行結(jié)果是沒有調(diào)用任何一個(gè)+initialize方法。

2.0>只在Person.m、Student.m、Dog.m中實(shí)現(xiàn)+initialize方法，其他.m文件中的+initialize方法都屏蔽掉，在外部調(diào)用[Person alloc];[Student alloc]; [Dog alloc];，分別給Person類發(fā)送了alloc，給Student類發(fā)送了alloc，給Dog類發(fā)送了alloc消息，觀察運(yùn)行結(jié)果。

2.1>在外部調(diào)用[Person alloc];[Student alloc]; [Dog alloc];[Person alloc];[Student alloc]; [Dog alloc]，多次分別給Person類發(fā)送了alloc，給Student類發(fā)送了alloc，給Dog類發(fā)送了alloc消息，與2.0作為對(duì)照，觀察運(yùn)行結(jié)果。

2.2>在外部調(diào)用[Student alloc];[Person alloc];[Dog alloc];，調(diào)換Student和Person發(fā)送alloc消息的順序，同樣與2.0作為對(duì)照，觀察運(yùn)行結(jié)果。

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Person.h"
#import "Student.h"
#import "Dog.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        //2.0
        [Person alloc];
        [Student alloc];
        [Dog alloc];
        
        //2.1
        [Person alloc];
        [Student alloc];
        [Dog alloc];
        
        [Person alloc];
        [Student alloc];
        [Dog alloc];
        
        [Person alloc];
        [Student alloc];
        [Dog alloc];
        
        //2.2
        [Student alloc];
        [Person alloc];
        [Dog alloc];
        
    }
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果
2019-07-11 20:58:54.031975+0800 Category-initialize[12113:4824617] Person +initialize
2019-07-11 20:58:54.032140+0800 Category-initialize[12113:4824617] Student +initialize
2019-07-11 20:58:54.032152+0800 Category-initialize[12113:4824617] Dog +initialize

以上2.0，2.1，2.2三種運(yùn)行結(jié)果都是一致。
通過(guò)以上四種情況的結(jié)果，說(shuō)明+initialize方法會(huì)在類第一次接收到消息的時(shí)候調(diào)用。并且會(huì)先調(diào)用父類的+initialize，再調(diào)用子類的+initialize。

3>只在Person.m中實(shí)現(xiàn)+initialize方法，其他所有.m中的+initialize方法都屏蔽，包括Person的子類Student。在外部調(diào)用[Student alloc];，觀察運(yùn)行結(jié)果。

2019-07-11 21:28:06.730804+0800 Category-initialize[12336:4875791] Person +initialize
2019-07-11 21:28:06.730959+0800 Category-initialize[12336:4875791] Person +initialize

結(jié)果是調(diào)用了兩次父類Person中的+int initialize，進(jìn)一步說(shuō)明先調(diào)用父類的+initialize，再調(diào)用子類的+initialize，同時(shí)子類沒有實(shí)現(xiàn)+initialize，會(huì)調(diào)用父類的+initialize。

4>每個(gè).m中都實(shí)現(xiàn)+initialize，在外部調(diào)用[Person alloc];[Student alloc]; [Dog alloc];，觀察運(yùn)行結(jié)果。


+initialize調(diào)用順序

結(jié)果調(diào)用了Person+Test1和Student+Test1中的+initialize方法。也說(shuō)明了如果分類實(shí)現(xiàn)了+initialize，就覆蓋類本身的+initialize調(diào)用。而多個(gè)分類中的調(diào)用順序是，后編譯先調(diào)用，都是符合的。

initialize源碼分析

為什么調(diào)用+initialize會(huì)出現(xiàn)以上的規(guī)律呢?我們也通過(guò)runtime源碼來(lái)一探究竟。

先貼一個(gè)源碼解析的流程圖


+initialize源碼解析流程

因?yàn)?initialize是在類第一次接收到消息時(shí)調(diào)用，那底層一定是調(diào)用了objc_msgSend，相當(dāng)于objc_msgSend(cls,@selector(@"alloc"))給類cls發(fā)送了一條alloc消息。 在runtime源碼中搜索objc_msgSend，結(jié)果在objc-msg-arm64.s中發(fā)現(xiàn)其是通過(guò)匯編實(shí)現(xiàn)的。無(wú)法看懂匯編的情況下我們只能先行分析，發(fā)送消息，通過(guò)isa找到類，然后要經(jīng)歷查找方法和調(diào)用方法兩個(gè)步驟，而+initialize就可能是在這兩個(gè)過(guò)程中調(diào)用的。

我們通過(guò)XCode斷點(diǎn)alloc方法，然后顯示匯編來(lái)查看匯編中查找方法和調(diào)用方法的流程。步驟Debug->Debug workflow->Always Show Disassembly，找到callq-msgSend并且斷點(diǎn)，跳到斷點(diǎn)處，control+stepinto進(jìn)入到實(shí)現(xiàn)內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)最后回來(lái)到_objc_msgSend_uncached，斷點(diǎn)并跳到此處，control+stepinto進(jìn)入到實(shí)現(xiàn)內(nèi)部，我們終于找到了一個(gè)不是匯編的函數(shù)_class_lookupMethodAndLoadCache3，在runtime源碼中搜索找到該方法在objc-runtime-new.mm中，我們就來(lái)順著這個(gè)方法看看內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)。

_class_lookupMethodAndLoadCache3函數(shù)

接下來(lái)進(jìn)入lookUpImpOrForward函數(shù)內(nèi)部。

lookUpImpOrForward函數(shù)

再接著進(jìn)入到_class_initialize函數(shù)內(nèi)部。

_class_initialize函數(shù)

最后來(lái)到callInitialize函數(shù)內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)+initialize就是通過(guò)objc_msgSend進(jìn)行調(diào)用的。

callInitialize函數(shù)

結(jié)合底層源碼，也都一一驗(yàn)證了關(guān)于+initialize調(diào)用原理的總結(jié)。為什么是在類第一次收到消息時(shí)調(diào)用？為什么調(diào)用子類的+initialize會(huì)先調(diào)用父類的+initialize？以及+initialize調(diào)用的兩個(gè)特點(diǎn)，都能得到解答。

接下來(lái)進(jìn)行面試題的總結(jié)。

load、initialize方法的區(qū)別是什么？他們?cè)贑ategory中的調(diào)用順序？
1.調(diào)用方式
1>load是根據(jù)函數(shù)地址調(diào)用
2>initialize是通過(guò)objc_msgSend調(diào)用

2.調(diào)用時(shí)刻
1>load是runtime加載類、分類的時(shí)候調(diào)用（只會(huì)調(diào)用一次）
2>initialize是類第一次接收到消息的時(shí)候調(diào)用，每一個(gè)類只會(huì)initialize一次（父類的initialize方法可能會(huì)調(diào)用多次）

load、initialize調(diào)用順序
1.load
1>先調(diào)用類的load
a)先編譯的類，優(yōu)先調(diào)用load
b)調(diào)用子類的load之前，會(huì)優(yōu)先調(diào)用父類的load

2>再調(diào)用分類的load
a)先編譯的分類，優(yōu)先調(diào)用load

2.intialize
1>先初始化父類
2>再初始化子類（可能最終調(diào)用的是父類的initialize方法）

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