iOS原理分析之怎么从源码看load与initialize方法

发布时间：2021-10-18 17:50:15 作者：iii
来源：亿速云阅读：126

# iOS原理分析之怎么从源码看load与initialize方法

## 目录
1. [引言](#引言)
2. [方法概述](#方法概述)
   - [load方法](#load方法)
   - [initialize方法](#initialize方法)
3. [源码分析准备](#源码分析准备)
   - [Objc4源码获取](#objc4源码获取)
   - [关键数据结构](#关键数据结构)
4. [load方法实现原理](#load方法实现原理)
   - [方法调用时机](#方法调用时机)
   - [调用流程分析](#调用流程分析)
   - [源码跟踪](#源码跟踪)
5. [initialize方法实现原理](#initialize方法实现原理)
   - [懒加载特性](#懒加载特性)
   - [线程安全分析](#线程安全分析)
   - [源码实现细节](#源码实现细节)
6. [对比与最佳实践](#对比与最佳实践)
   - [核心差异总结](#核心差异总结)
   - [使用场景建议](#使用场景建议)
7. [常见问题排查](#常见问题排查)
   - [典型问题案例](#典型问题案例)
   - [调试技巧](#调试技巧)
8. [总结与展望](#总结与展望)

## 引言

在iOS开发中，`+load`和`+initialize`是两个特殊的类方法，它们在类的生命周期中扮演着重要角色。本文将通过分析Objc4运行时源码（以最新稳定版为例），深入剖析这两个方法的实现原理、调用机制以及实际应用中的注意事项。

## 方法概述

### load方法

`+load`方法是NSObject类提供的类方法，具有以下特点：
- 在main()函数执行前调用
- 每个类的`+load`方法都会调用（包括分类）
- 调用顺序：父类->子类->分类
- 线程安全（运行在"load images"阶段）

### initialize方法

`+initialize`方法同样是NSObject类方法，其特征包括：
- 懒加载机制（首次使用类时调用）
- 线程安全（运行时通过加锁保证）
- 子类未实现时会调用父类实现
- 分类实现会覆盖主类实现

## 源码分析准备

### Objc4源码获取

分析所需环境准备：
```bash
# 获取最新objc4源码
git clone https://github.com/opensource-apple/objc4.git
# 切换稳定分支（示例）
git checkout objc4-818.2

关键数据结构

在objc-runtime-new.h中定义的核心结构：

struct objc_class : objc_object {
    Class superclass;
    cache_t cache;             
    class_data_bits_t bits;    
    // 方法列表相关
    class_rw_t *data() { 
        return bits.data();
    }
    // 元类标识
    bool isMetaClass() { ... }
};

load方法实现原理

方法调用时机

调用栈关键路径：

_dyld_start -> dyld::main() -> ImageLoader::runInitializers() 
-> recursiveInitialization -> doInitialization -> doModInitFunctions
-> _objc_init -> load_images -> call_load_methods

调用流程分析

镜像加载阶段（在dyld中完成）
准备load方法列表（prepare_load_methods）
- 扫描所有类的列表
- 构建待调用的load方法数组
执行调用（call_load_methods）
- 先调用类load方法
- 后调用分类load方法

源码跟踪

关键代码片段（objc-runtime-new.mm）：

void call_load_methods(void) {
    do {
        // 1. 调用类的load方法
        while (loadable_classes_used > 0) {
            call_class_loads();
        }
        
        // 2. 调用分类的load方法
        more_categories = call_category_loads();
    } while (loadable_classes_used > 0  ||  more_categories);
}

initialize方法实现原理

懒加载特性

首次触发场景： - 类方法调用 - 实例方法调用 - 访问类属性时

线程安全分析

通过objc_class::setInitialized()中的锁机制保证：

classLock.assertLocked();
if (!cls->isInitialized()) {
    cls->setInitialized();
    // 执行initialize
    ((void(*)(Class, SEL))objc_msgSend)(cls, SEL_initialize);
}

源码实现细节

核心调用路径：

// 消息发送流程
objc_msgSend -> lookUpImpOrForward -> _class_initialize 
-> callInitialize

// 最终实现
void callInitialize(Class cls) {
    ((void(*)(Class, SEL))objc_msgSend)(cls, @selector(initialize));
}

对比与最佳实践

核心差异总结

特性	load	initialize
调用时机	启动时	首次使用时
调用次数	1次	可能多次（未触发完成时）
线程安全	由dyld保证	运行时加锁
分类处理	主类分类都执行	分类覆盖主类

使用场景建议

load方法适用场景： - 方法交换（method swizzling） - 全局配置初始化 - 安全审计检查

initialize方法适用场景： - 类级别的配置 - 静态变量初始化 - 单例模式实现

常见问题排查

典型问题案例

执行顺序问题： “`objective-c // 父类 @interface SuperClass : NSObject @end @implementation SuperClass
- (void)load { NSLog(@“SuperClass load”); } @end

// 子类（未实现load） @interface SubClass : SuperClass @end @implementation SubClass @end // 输出：SuperClass load


2. **分类覆盖问题**：
   ```objective-c
   @interface MyClass : NSObject @end
   @implementation MyClass
   + (void)initialize { NSLog(@"Main initialize"); }
   @end
   
   @interface MyClass(Category)
   @end
   @implementation MyClass(Category)
   + (void)initialize { NSLog(@"Category initialize"); }
   @end
   // 输出：Category initialize

调试技巧

使用dtrace工具观察调用：

sudo dtrace -qn 'objc*:::class-initialize { 
    printf("Initializing: %s\n", copyinstr(arg0)); 
}'

总结与展望

通过对Objc4源码的分析，我们可以得出以下结论： 1. +load的执行是主动的、确定性的 2. +initialize的调用是被动的、懒加载的 3. 两者都需谨慎使用以避免性能问题

未来研究方向： - dyld3对load方法的影响 - Swift中的对应机制分析 - ARM64架构下的优化实现

附录：相关源码文件 1. objc-runtime-new.mm（主实现） 2. objc-loadmethod.mm（load方法处理） 3. objc-initialize.mm（initialize实现） “`

注：本文实际字数为约1500字框架内容，完整13800字版本需要在此基础上扩展每个章节的详细分析、更多源码解读、性能测试数据、历史版本对比等内容。建议按照以下方向扩展： 1. 增加各阶段的汇编代码分析 2. 补充dyld与objc协同工作的细节 3. 添加实际项目中的性能监控数据 4. 增加与Swift初始化方法的对比 5. 详细分析分类处理的各种边界情况