iOS端启动速度优化

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应用启动流程


iOS应用的启动可分为pre-main阶段和main()阶段,其中系统做的事情依次是:


1. pre-main阶段

1.1. 加载应用的可执行文件

1.2. 加载动态链接库加载器dyld(dynamic loader)

1.3. dyld递归加载应用所有依赖的dylib(dynamic library 动态链接库)


对于pre-main阶段,Apple提供了一种测量各阶段的耗时的方法,在 Xcode 中 Edit scheme -> Run -> Auguments 将环境变量DYLD_PRINT_STATISTICS 设为1 ,设置好后把程序跑起来,控制台会有如下输出:




2. main()阶段

2.1. dyld调用main() 

2.2. 调用UIApplicationMain() 

2.3. 调用applicationWillFinishLaunching

2.4. 调用didFinishLaunchingWithOptions


对于main()阶段,主要是测量main()函数开始执行到didFinishLaunchingWithOptions执行结束的耗时,就需要自己插入代码到工程中了。先在main()函数里用变量StartTime记录当前时间:


CFAbsoluteTime StartTime;

int main(int argc, char * argv[]) {

      StartTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();


再在AppDelegate.m文件中用extern声明全局变量StartTime


extern CFAbsoluteTime StartTime;


最后在didFinishLaunchingWithOptions里,再获取一下当前时间,与StartTime的差值即是main()阶段运行耗时。


double launchTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - StartTime);


pre-main阶段的优化


要对pre-main阶段的耗时做优化,需要再学习下dyld加载的过程,根据Apple在WWDC上的介绍,dyld的加载主要分为4步:


1. Load dylibs


这一阶段dyld会分析应用依赖的dylib,找到其mach-o文件,打开和读取这些文件并验证其有效性,接着会找到代码签名注册到内核,最后对dylib的每一个segment调用mmap()。


一般情况下,iOS应用会加载100-400个dylibs,其中大部分是系统库,这部分dylib的加载系统已经做了优化。


所以,依赖的dylib越少越好。在这一步,我们可以做的优化有:


  1. 尽量不使用内嵌(embedded)的dylib,加载内嵌dylib性能开销较大

  2. 合并已有的dylib和使用静态库(static archives),减少dylib的使用个数

  3. 懒加载dylib,但是要注意dlopen()可能造成一些问题,且实际上懒加载做的工作会更多


2. Rebase/Bind


在dylib的加载过程中,系统为了安全考虑,引入了ASLR(Address Space Layout Randomization)技术和代码签名。由于ASLR的存在,镜像(Image,包括可执行文件、dylib和bundle)会在随机的地址上加载,和之前指针指向的地址(preferred_address)会有一个偏差(slide),dyld需要修正这个偏差,来指向正确的地址。


Rebase在前,Bind在后,Rebase做的是将镜像读入内存,修正镜像内部的指针,性能消耗主要在IO。Bind做的是查询符号表,设置指向镜像外部的指针,性能消耗主要在CPU计算。


所以,指针数量越少越好。在这一步,我们可以做的优化有:


  1. 减少ObjC类(class)、方法(selector)、分类(category)的数量

  2. 减少C++虚函数的的数量(创建虚函数表有开销)

  3. 使用Swift structs(内部做了优化,符号数量更少)


3. Objc setup


大部分ObjC初始化工作已经在Rebase/Bind阶段做完了,这一步dyld会注册所有声明过的ObjC类,将分类插入到类的方法列表里,再检查每个selector的唯一性。


在这一步倒没什么优化可做的,Rebase/Bind阶段优化好了,这一步的耗时也会减少。


4. Initializers


到了这一阶段,dyld开始运行程序的初始化函数,调用每个Objc类和分类的+load方法,调用C/C++ 中的构造器函数(用attribute((constructor))修饰的函数),和创建非基本类型的C++静态全局变量。Initializers阶段执行完后,dyld开始调用main()函数。


在这一步,我们可以做的优化有:


  1. 少在类的+load方法里做事情,尽量把这些事情推迟到+initiailize

  2. 减少构造器函数个数,在构造器函数里少做些事情

  3. 减少C++静态全局变量的个数


main()阶段的优化


这一阶段的优化主要是减少didFinishLaunchingWithOptions方法里的工作,在didFinishLaunchingWithOptions方法里,我们会创建应用的window,指定其rootViewController,调用window的makeKeyAndVisible方法让其可见。由于业务需要,我们会初始化各个二方/三方库,设置系统UI风格,检查是否需要显示引导页、是否需要登录、是否有新版本等,由于历史原因,这里的代码容易变得比较庞大,启动耗时难以控制。


所以,满足业务需要的前提下,didFinishLaunchingWithOptions在主线程里做的事情越少越好。在这一步,我们可以做的优化有:


  1. 梳理各个二方/三方库,找到可以延迟加载的库,做延迟加载处理,比如放到首页控制器的viewDidAppear方法里。

  2. 梳理业务逻辑,把可以延迟执行的逻辑,做延迟执行处理。比如检查新版本、注册推送通知等逻辑。

  3. 避免复杂/多余的计算。

  4. 避免在首页控制器的viewDidLoad和viewWillAppear做太多事情,这2个方法执行完,首页控制器才能显示,部分可以延迟创建的视图应做延迟创建/懒加载处理。

  5. 采用性能更好的API。

  6. 首页控制器用纯代码方式来构建。


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