iOS客户端启动优化

App启动分成两部分

• pre-main 阶段的定义为 APP 开始启动到系统调用 main 函数这一段时间
• main 阶段则代表从main函数入口到主 UI 框架的 viewDidAppear

Pre-main

dyld:dynamic loader，它的作用是加载一个进程所需要的image，dyld是开源的

Pre-main的流程.png

Load Dylibs

dyld加载App的可执行文件，App内嵌的库，系统动态库。每个库，就是Mach-o文件，其头部都包含依赖库信息，dyld会递归加载这些库。

• 系统库会有缓存，dyld共享库缓存，加载很快
• 内嵌的库加载较慢

加载过程

1. 分析所依赖的动态库
2. 找到动态库的mach-o文件
3. 打开文件
4. 验证文件
5. 在系统核心注册文件签名
6. 对动态库的每一个segment调用mmap()

优化：

• 减少非系统库的依赖
• 使用静态库而不是动态库
• 合并多个非系统动态库为一个动态库

Rebase && Binding

ASLR的全称是Address space layout randomization，翻译过来就是“地址空间布局随机化”。App被启动的时候，程序会被影射到逻辑的地址空间，这个逻辑的地址空间有一个起始地址，而ASLR技术使得这个起始地址是随机的。如果是固定的，那么黑客很容易就可以由起始地址+偏移量找到函数的地址。

• Rebase 修正内部(指向当前mach-o文件)的指针指向。是因为刚刚提到的ASLR使得地址随机化，导致起始地址不固定，另外由于Code Sign，导致不能直接修改Image。Rebase的时候只需要增加对应的偏移量即可。待Rebase的数据都存放在__LINKEDIT中

• Bind 修正外部指针指向。外部的符号引用则是由Bind解决。在解决Bind的时候，是根据字符串匹配的方式查找符号表，所以这个过程相对于Rebase来说是略慢的

  
  
  

  Rebase && Binding.png

优化

• 减少Objc类数量， 减少selector数量，把未使用的类和函数都可以删掉。跟单职责有点冲突？
• 减少C++虚函数数量
• 转而使用swift stuct（其实本质上就是为了减少符号的数量，使用swift语言来开发?）

OBJC Runtime Setup

• 读取二进制文件的 DATA 段内容，找到与 objc 相关的信息
• 注册 Objc 类，ObjC Runtime 需要维护一张映射类名与类的全局表。当加载一个 dylib 时，其定义的所有的类都需要被注册到这个全局表中；
• 读取 protocol 以及 category 的信息，把category的定义插入方法列表 (category registration)，
• 确保 selector 的唯一性

Initializers

以上三步属于静态调整，都是在修改__DATA segment中的内容，而这里则开始动态调整，开始在堆和栈中写入内容。 工作主要有：

• Objc的+load()函数
• C++的构造函数属性函数 形如attribute((constructor)) void DoSomeInitializationWork()
• 非基本类型的C++静态全局变量的创建。(通常是类或结构体)(non-trivial initializer) 比如一个全局静态结构体的构建，如果在构造函数中有繁重的工作，那么会拖慢启动速度

优化

• 使用 +initialize 来替代 +load
• 不要使用 atribute((constructor)) 将方法显式标记为初始化器，而是让初始化方法调用时才执行。
  • 比如使用 dispatch_once(),pthread_once() 或 std::once()。也就是在第一次使用时才初始化，推迟了一部分工作耗时。
  • 也尽量不要用到C++的静态对象。

Pre-main 总结

1. pre-main阶段耗时的影响因素：

   • 动态库加载越多，启动越慢。
   • ObjC类越多，函数越多，启动越慢。
   • 可执行文件越大启动越慢。
   • C的constructor函数越多，启动越慢。
   • C++静态对象越多，启动越慢。
   • ObjC的+load越多，启动越慢。

2. 整体上pre-main阶段的优化有：

   • 减少依赖不必要的库，不管是动态库还是静态库；如果可以的话，把动态库改造成静态库；如果必须依赖动态库，则把多个非系统的动态库合并成一个动态库；
   • 检查下 framework应当设为optional和required，如果该framework在当前App支持的所有iOS系统版本都存在，那么就设为required，否则就设为optional，因为optional会有些额外的检查；
   • 合并或者删减一些OC类和函数；关于清理项目中没用到的类，使用工具AppCode代码检查功能，查到当前项目中没有用到的类（也可以用根据linkmap文件来分析，但是准确度不算很高）；有一个叫做FUI的开源项目能很好的分析出不再使用的类，准确率非常高，唯一的问题是它处理不了动态库和静态库里提供的类，也处理不了C++的类模板。
   • 删减一些无用的静态变量，
   • 删减没有被调用到或者已经废弃的方法
     • http://stackoverflow.com/questions/35233564/how-to-find-unused-code-in-xcode-7
     • https://developer.apple.com/library/archive/documentation/ToolsLanguages/Conceptual/Xcode_Overview/CheckingCodeCoverage.html
   • 将不必须在+load方法中做的事情延迟到+initialize中，尽量不要用C++虚函数(创建虚函数表有开销)
   • 类和方法名不要太长：iOS每个类和方法名都在__cstring段里都存了相应的字符串值，所以类和方法名的长短也是对可执行文件大小是有影响的；因还是object-c的动态特性，因为需要通过类/方法名反射找到这个类/方法进行调用，object-c对象模型会把类/方法名字符串都保存下来；
   • 用dispatch_once()代替所有的 attribute((constructor)) 函数、C++静态对象初始化、ObjC的+load函数；
   • 在设计师可接受的范围内压缩图片的大小，会有意外收获。压缩图片为什么能加快启动速度呢？因为启动的时候大大小小的图片加载个十来二十个是很正常的，图片小了，IO操作量就小了，启动当然就会快了，比较靠谱的压缩算法是TinyPNG。

Main

总体原则无非就是减少启动的时候的步骤，以及每一步骤的时间消耗。
main阶段的优化大致有如下几个点：

• 减少启动初始化的流程，能懒加载的就懒加载，能放后台初始化的就放后台，能够延时初始化的就延时，不要卡主线程的启动时间，已经下线的业务直接删掉；
• 优化代码逻辑，去除一些非必要的逻辑和代码，减少每个流程所消耗的时间；
• 启动阶段使用多线程来进行初始化，把CPU的性能尽量发挥出来；
• 使用纯代码而不是xib或者storyboard来进行UI框架的搭建，尤其是主UI框架比如TabBarController这种，尽量避免使用xib和storyboard，因为xib和storyboard也还是要解析成代码来渲染页面，多了一些步骤；
• 主UI框架tabBarController的viewDidLoad函数里，去掉一些不必要的函数调用

其中遇到几个坑：

• 并不是什么任务都适合放子线程，有些任务在主线程大概10ms，放到子线程需要几百ms，因为某些任务内部可能会用到UIKit的api，又或者某些操作是需要提交到主线程去执行的，关键是要搞清楚这个任务里边究竟做了啥，有些SDK并不见得适合放到子线程去初始化，需要具体情况具体去测试和分析。

实际优化效果

由于只是去掉了几个静态库，而且本来pre-main阶段的耗时就不长，基本在200ms-500ms左右，所以pre-main阶段优化前后效果并不明显，有时候还没有前后测试的误差大。。。
main的阶段的优化效果还是很明显的：

• iPhone5C iOS10.3.3系统优化前main阶段的时间消耗为4秒左右，优化后基本在1.8秒内；
• iPhone7 iOS10.3.3系统优化前main阶段的时间消耗为1.1秒左右，优化后基本在600ms内；
• iPhoneX iOS11.3.1系统优化前main阶段的时间消耗基本在1.5秒以上，优化后在1秒内；

可以看到，同样arm64架构的机器，main阶段是iPhone7比iPhoneX更快，说明就操作系统来说，iOS11.3要比iOS10.3慢不少；

参考文章

1. 今日头条 http://www.cocoachina.com/ios/20170208/18651.html
2. http://yulingtianxia.com/blog/2016/10/30/Optimizing-App-Startup-Time/
3. 综合 https://mp.weixin.qq.com/s/zeWfmAi0YnoQowcPpFhHUA
4. https://blog.csdn.net/hello_hwc/article/details/78317863，黄文臣