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优化 App 的启动时间实践 iOS

前言

当用户按下home键的时候，iOS的App并不会马上被kill掉，还会继续存活若干时间。理想情况下，用户点击App的图标再次回来的时候，App几乎不需要做什么，就可以还原到退出前的状态，继续为用户服务。这种持续存活的情况下启动App，我们称为热启动，相对而言冷启动就是App被kill掉以后一切从头开始启动的过程。我们这里只讨论App冷启动的情况。

对于冷启动来说，启动时间是指从用户点击 APP 那一刻开始到用户看到第一个界面这中间的时间。我们进行优化的时候，我们将启动时间分为 pre-main 时间和 main 函数到第一个界面渲染完成时间这两个部分。

因为 APP 的入口在 main 函数，在 main 函数之后我们的代码才会执行。

这里有两个阶段

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

我们把 pre-main阶段称为 t1，main()阶段一直到首个页面加载完成称为 t2。

t1 时间的优化分析

t1部分主要参考自APP启动优化的一次实践

其中 t1苹果提供了内建的测量方法, Xcode 中 Edit scheme -> Run -> Auguments 将环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS 设为 1

//结果为
Total pre-main time: 1.4 seconds (100.0%)
         dylib loading time: 1.3 seconds (89.4%)
        rebase/binding time:  36.75 milliseconds (2.5%)
            ObjC setup time:  35.65 milliseconds (2.4%)
           initializer time:  80.97 milliseconds (5.5%)
           slowest intializers :
             libSystem.B.dylib :  12.63 milliseconds (0.8%)
//解读

1、main()函数之前总共使用了1.4s
2、在94.33ms中，加载动态库用了1.3s，指针重定位使用了36.75ms，ObjC类初始化使用了35.65ms，各种初始化使用了80.97ms。
3、在初始化耗费的80.97ms中，用时最多的初始化是libSystem.B.dylib。

可以看到,我的 dylib loading time 花费了 1.3s时间，

其中各部分的作用是

加载dylib

分析每个dylib（大部分是iOS系统的），找到其Mach-O文件，

打开并读取验证有效性，找到代码签名注册到内核，

最后对dylib的每个segment调用mmap()。

rebase/bind

dylib加载完成之后，它们处于相互独立的状态，需要绑定起来。

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。

OC setup

OC的runtime需要维护一张类名与类的方法列表的全局表。

dyld做了如下操作：

对所有声明过的OC类，将其注册到这个全局表中（class registration）

将category的方法插入到类的方法列表中（category registration）

检查每个selector的唯一性（selector uniquing）

如果在各个 OC 类别的 ‘load’方法里做了不少事情(如在里面使用 Method swizzle),那么这是pre-main阶段最耗时的部分。dyld运行APP的初始化函数，调用每个OC类的+load方法，调用C++的构造器函数（attribute((constructor))修饰），创建非基本类型的C++静态全局变量，然后执行main函数。

优化思路是

1. 移除不需要用到的动态库
2. 移除不需要用到的类
3. 合并功能类似的类和扩展
4. 尽量避免在+load方法里执行的操作，可以推迟到+initialize方法中。

t2 时间的优化分析

t2使用了来自NewPan大大的打点计时器BLStopwatch

优化 App 的启动时间实践 iOS

检测耗时

可以看到，我的 APP 加载时间并没有很慢，但是也想看一看有没有优化的空间。

在 didFinishLaunchingWithOptions 方法里我们一般都有以下的逻辑：

初始化第三方 SDK
配置 APP 运行需要的环境
自己的一些工具类的初始化
...

这里主要参考[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

从优化图可以看到，我的应用的跳转逻辑是打开 -> 广告页 -> 首页，首页的UI 架构是:

优化 App 的启动时间实践 iOS

UITabBarC管理一堆 UINavigationC

但是如果 UI 架构如上，并且在didFinishLaunchingWithOptions里面设置了根视图

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    NSLog(@"didFinishLaunchingWithOptions 开始执行");

    self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:[UIScreen mainScreen].bounds];
    TestTabBarController *tabBarVc = [TestTabBarController new];
    self.window.rootViewController = tabBarVc;
    [self.window makeKeyAndVisible];

    NSLog(@"didFinishLaunchingWithOptions 跑完了");

    return YES;
}

然后我们来到 TestTabBarController 里的 viewDidLoad方法里进行它的 viewControllers 的设置，然后再进入到每个 viewController 的 viewDidLoad 方法里进行更多的初始化操作。那么你觉得从 didFinishLaunchingWithOptions 到最后显示展示的 viewController 的 viewDidLoad 这些方法的执行顺序是怎么样的呢？

didFinishLaunchingWithOptions 开始执行
开始加载 TestTabBarController 的 viewDidLoad
didFinishLaunchingWithOptions 跑完了
开始加载 TestViewController 的 viewDidLoad, 然后执行一堆初始化的操作

在TestTabBarController 中操作了 TestViewController 的 view 的话，那么调用顺序将会是这样：

didFinishLaunchingWithOptions 开始执行
开始加载 TestTabBarController 的 viewDidLoad
开始加载 TestViewController 的 viewDidLoad, 然后执行一堆初始化的操作
didFinishLaunchingWithOptions 跑完了

这样的问题就是当我们把界面的初始化、网络请求、数据解析、视图渲染等操作放在了viewDidLoad 方法里，这样一来每次启动 APP 的时候，在用户看到第一个页面之前，我们要把这些事件全部都处理完，才会进入到视图渲染阶段。

一般来说，我们放到didFinishLaunchingWithOptions执行的代码，有很多初始化操作，如日志，统计，SDK配置等。尽量做到只放必需的，其他的可以延迟到MainViewController展示完成viewDidAppear以后。