【iOS】iOS启动优化方案

一、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）

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

二、应用启动优化

1.pre-main阶段的优化

要对pre-main阶段的耗时做优化，需要根据dyld加载的过程分为4步：

1.1. 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

1.2. 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）

1.3. 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。

1.4. 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

2.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。