iOS 启动优化 二进制重排

二进制重排为什么会减少启动时间？

编译器把源文件编译成Mach-O可执行文件时, 是按照 Build Phases -> Compile Sources中的文件顺序进行编译各个类文. 在 App 启动时,DYLD并不会把所有二进制都加载到内存中等待调用, 当调用某个方法或者函数时, 内存中已经存在的不需要重新加载, 如果不存在就去加载, 这个加载过程会堵塞主线程, 是个耗时过程, 这个加载过程叫缺页加载(Page Fault), 每次缺页加载大概是 6 - 8 ms(抖音给出的时间), 这个时间并不是确定的, 和程序的实际情况有关系
App 的启动时间是从点击 App 图标开始到第一个界面展示出来的时间, 可以划分为 main 函数之前和main 函数之后,Page Fault发生在main 函数之后, 二进制重排可以让编译器 不 按照Build Phases -> Compile Sources 中的文件顺序进行编译各个类文, 而是按照我们指定的顺序, 把 main 函数到第一个界面展示这之间用到的类文件等放在最前边, 尽量减少 Page Fault 次数, 心达到减少启动时间的目的.

为什么用Clang插庄的方式实现二进制重排？

抖音通过手动插桩获取的符号数据，包括C++静态初始化、+Load、Block等都需要针对性处理，就其复杂度来说感觉性价比不高；手淘的方案比较特殊，通过修改 .o 目标文件实现静态插桩，需要对目标代码较为熟悉，通用性不高；最后决定采用 clang 插桩的方式实现二进制重排。
runtime 的 Method Swizzling 只能 Hook 到 OC 的方法.
fishhook 只能 Hook 系统的 C 函数.
Clang 静态插桩可以 Hook 到所有 OC 方法, C 函数, Block, Swift 函数, 闭包.

具体实现

1.添加配置

如果是OC项目
Build Setting -> Other C Flags 和Build Setting -> Other C++ Flags 添加fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard 添加C默认添加C++

如果含有swift
Build Setting -> Other Swift Flags 添加 -sanitize-coverage=func -sanitize=undefined

2. 代码相关

eg:代码添加的位置为第一个页面的控制器，由任意一个点击事件或者- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event触发

#Clang 插桩需要的头文件
#import 
#import 


#pragma mark - 静态插桩代码

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
                                         uint32_t *stop) {
    static uint64_t N;  // Counter for the guards.
    if (start == stop || *start) return;  // Initialize only once.
    printf("INIT: %p %p\n", start, stop);
    for (uint32_t *x = start; x < stop; x++)
        *x = ++N;  // Guards should start from 1.
}

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
    //if (!*guard) return;  // Duplicate the guard check.
    
    void *PC = __builtin_return_address(0);
    
    SymbolNode * node = malloc(sizeof(SymbolNode));
    *node = (SymbolNode){PC,NULL};
    
    //入队
    // offsetof 用在这里是为了入队添加下一个节点找到 前一个节点next指针的位置
    OSAtomicEnqueue(&symbolList, node, offsetof(SymbolNode, next));
}

//原子队列
static OSQueueHead symbolList = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;
//定义符号结构体
typedef struct{
    void * pc;
    void * next;
}SymbolNode;


-(void)writeToFile{
    NSMutableArray * symbolNames = [NSMutableArray array];
    //遍历出队
    while (true) {
        //offsetof 就是针对某个结构体找到某个属性相对这个结构体的偏移量
        SymbolNode * node = OSAtomicDequeue(&symbolList, offsetof(SymbolNode, next));
        if (node == NULL) break;
        Dl_info info;
        dladdr(node->pc, &info);
        
        NSString * name = @(info.dli_sname);
        
        // 添加 _
        BOOL isObjc = [name hasPrefix:@"+["] || [name hasPrefix:@"-["];
        NSString * symbolName = isObjc ? name : [@"_" stringByAppendingString:name];
        
        //去重
        if (![symbolNames containsObject:symbolName]) {
            [symbolNames addObject:symbolName];
        }
    }
    
    //取反
    NSArray * symbolAry = [[symbolNames reverseObjectEnumerator] allObjects];
    NSLog(@"%@",symbolAry);
    
    //将结果写入到文件
    NSString * funcString = [symbolAry componentsJoinedByString:@"\n"];
    NSString * filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"binary.order"];
    
    NSLog(@"filePathfilePath:%@",filePath);
    NSData * fileContents = [funcString dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    BOOL result = [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];
    if (result) {
        NSLog(@"%@",filePath);
    }else{
        NSLog(@"文件写入出错");
    }
}

#调用
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self writeToFile];
}

3. 下载order文件

真机运行程序，屏幕正常显示之后调用[self writeToFile];方法,此时的binary.order文件就写入到手机系统文件夹下，如图查找文件

下载文件

显示包内容，文件夹下搜索binary.order

4.加载排序文件

将binary.order放入到项目根目录(或者其它目录，路径配置对就可以),build setting -> order file

5.运行项目对比前后default page次数

排序前的link map

compile Source顺序

binary.order文件

排序后的link map

参考：
iOS 启动优化之二进制重排
抖音研发实践：基于二进制文件重排的解决方案 APP启动速度提升超15%
深入探索 iOS 启动速度优化