面试题：Objective-C类初始化时机与机制

Question

在Objective-C运行时中，类的初始化在什么情况下会发生？类的初始化机制是如何保证线程安全的？请详细阐述。

Answer 1

类的初始化发生情况

1. 首次发送消息：当向类发送第一个消息时，会触发类的初始化。例如，[MyClass new] 或者 [MyClass someClassMethod]，此时如果该类尚未初始化，则会进行初始化。
2. 子类初始化：当一个子类被初始化时，如果其父类还未初始化，那么父类会先被初始化。例如，定义了 SubClass 继承自 SuperClass，在初始化 SubClass 时，若 SuperClass 未初始化，则 SuperClass 会先初始化。
3. 访问类的非懒加载的静态变量：如果类中定义了非懒加载的静态变量（如 static int myStaticVar;），并且在代码中访问了该变量，也会触发类的初始化。

类的初始化机制保证线程安全的方式

在Objective - C运行时，类的初始化是通过 +load 和 +initialize 方法来实现的，并且这两个方法有着不同的线程安全机制：

1. +load 方法：
   • 调用时机：在程序启动时，运行时系统会根据每个类在编译时的依赖关系，按照继承体系的顺序加载类和分类。每个类的 +load 方法会在其被加载时调用，并且只调用一次。先调用父类的 +load 方法，然后再调用子类的 +load 方法，分类的 +load 方法会在类的 +load 方法之后调用。
   • 线程安全：运行时系统保证 +load 方法在程序启动过程中被调用，并且是在一个线程安全的环境下调用。这意味着多个线程不会同时调用同一个类的 +load 方法，所以开发者不需要额外处理线程安全问题。
2. +initialize 方法：
   • 调用时机：+initialize 方法在类或其子类接收到第一条消息之前被调用，并且只调用一次。如果子类没有实现 +initialize 方法，当子类接收到消息时，会调用父类的 +initialize 方法。
   • 线程安全：运行时系统使用锁机制来确保 +initialize 方法的线程安全。在多线程环境下，当一个线程首次尝试调用 +initialize 方法时，会获取锁。如果另一个线程已经在执行 +initialize 方法，其他线程会等待锁的释放。这种机制保证了 +initialize 方法只会被一个线程执行一次，避免了重复初始化的问题。同时，开发者在实现 +initialize 方法时，也需要注意避免死锁等线程相关问题，因为如果在 +initialize 方法中使用锁不当，可能会导致死锁。例如，不要在 +initialize 方法中递归调用 +initialize 方法或者在锁内进行可能导致死锁的操作。