iOS App启动优化

前言

作为程序猿来说，“性能优化”是我们都很熟悉的词，也是我们需要不断努⼒以及持续进⾏的事情；其实优化是⼀个很⼤的课题，因为细分来说的话有⼤⼤⼩⼩⼗⼏种优化⽅向 ，但是切忌在实际开发过程中不能盲⽬的 为了优化⽽优化，这样有时可能会造成适得其反的负效果，需要我们根据实际场景以及业务需求进⾏合理优化。接下来进⼊正题，本⽂将会以iOS App的启动优化为展开点进⾏探讨。

启动流程

iOS App的启动我们都知道分为为pre-main和main()两个阶段，并且在这两个阶段中，系统会进⾏⼀系列的加载操作，过程如下：

1、 pre-main阶段

1. 加载应⽤的可执⾏⽂件
2. 加载dyld动态连接器
3. dyld递归加载应⽤所有依赖的动态链接库dylib

2、 main()阶段

1. dyld调⽤main()
2. 调⽤UIApplicationMain()
3. 调⽤applicationWillFinishLaunching
4. 调⽤didFinishLaunchingWithOptions

阶段优化项

1、 pre-main阶段

针对 pre-main 阶段做优化时，我们需要先详细了解其加载过程，这个可以在2016年WWDC 的 Optimizing App Startup Time 中详细了解到， 相关材料

1.1 Load dylibs

这⼀阶段dyld会分析应⽤依赖的dylib（xcode7以后.dylib已改为名.tbd），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()。不过这⾥的dylib⼤部分都是系统库，不需要我们去做额外的优化。

优化结论：
1、尽量不使⽤内嵌的dylib，从⽽避免增加 Load dylibs开销
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。

优化结论：
在此过程中，我们需要注意的是尽量减少指针数量，⽐如：

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 struct （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

在这⼀阶段，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。

优化结论：

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. 减少构造器函数个数，在构造器函数⾥少做些事情

2、 main()阶段

在这⼀阶段⾥，主要优化重点放在 SDK初始化、业务⼯具注册、整体didFinishLaunchingWithOptions⽅法中，因为我们的⼀些第三⽅app⻛格配置、启动引导⻚显示状态逻辑、版本更新逻辑等等基本⽅都会在这⾥进⾏，如果这部分逻辑没有做好优化梳理，随着业务不断拓展，臃肿的业务逻辑会直接导致启动时间加⻓。

优化结论：
在满⾜业务需求的前提下，尽量减少 didFinishLaunchingWithOptions ⽅法在主线程中的事件处理逻辑，⽐如：

1. 根据实际业务状况，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，⽐如放到⾸⻚控制器 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. 避免进⾏⼀些复杂/多余的计算逻辑，这类逻辑尽量进⾏异步延迟处理
4. 避免在⾸⻚控制器的viewDidLoad和viewWillAppear做太多容易阻塞主线程的事情，这2个⽅法执⾏完，⾸⻚控制器才能显示

场景补充

另外，在我们实际开发过程中，很多项⽬的⾸⻚控制器都会有⼀些后台可配、较为丰富的结构或者推荐数据进⾏展示，⽽且我们的⾸⻚展示速度通常也会被纳⼊启动优化的⼀部分，其实对于这种类型的优化，如果我们还只是⽤传统的api -> data -> UI⽅式进⾏的话，就很难有明显的改善空间，因为⽤户的⽹络状态 并不是可控项，如果不做其他处理的话，那在很多场景下对⽤户来说，即使我们放上⼀些占位图，展示的样式也是很不友好的，毕竟⾸⻚控制器对⽤户的第⼀视觉冲击影响还是⽐较⼤的。

对于这种场景下的优化来说，⼀般我们可以采取 Local + Network + Update 的⽅式在⼀定程度上优化
⾸⻚加载速度：
即：
1、app更新过程中，⾸先进⾏本地内嵌处理逻辑，内嵌⾸⻚数据结构（ localDataBase）、内嵌⾸⻚样式所需 资源（ localStorage）
2、在安装启动之后，对本地与线上数据更新记录进⾏对⽐，检测是否需要更新本地内嵌数据结构
3、检测到有需要更新的数据时，才会对指定结构进⾏静默更新，并且同步更新本地数据结构

这样做的好处是：
1、⾸⻚数据直接从本地加载，减少⽹络数据等待时间
2、仅检测数据key值变化，⼩数据量对⽐定向更新结构，减少api数据交互频次及数据包体积
3、能够保证⾸⻚对于⽤户来说会⼀直处于⼀个友好的展示状态

当然这种也并不是唯⼀的应对⽅式，⽽且也并⾮对所有场景都适⽤，只是提供⼀种思路⽽已，还是需要根据 项⽬的实际场景选择适合的优化⽅案。

统计时长

另外如果在开发过程中，我们想直观的查看app启动期间，各阶段的耗时情况，也可以在Xcode的edit scheme设置添加DYLD_PRINT_STATISTICS为1，打印启动时⻓，例如

优化前启动时⻓：

优化后启动时⻓：

当然，这些log我们仅仅只能在开发调试阶段查看打印，那么在实际项⽬中，我们需要对线上项⽬的启动数据进⾏监控，以便及时的定位和优化那些影响app启动时⻓的环节，这时我们应该怎样更好的处理呢？
当然我们可以通过服务器埋点上报的⽅式⾃⾏统计分析，不过这样⼀来会发现我们的统计成本就会⼤⼤增加，⽽且结果分析也会变得不那么灵活。所以这⾥推荐⼀种简单的监控⽅式，那就是友盟的U-APM 应能性能监控SDK，只需要我们进⾏简单的pod集成之后，便可根据我们的实际需要进⾏⼿动或者⾃动监控启动数据，详情可以参考U-APM，并且为了⽅便我们对数据进⾏分析，友盟后台已经根据这些数据帮我们绘制出了对应的分布图，我们可以⼀⽬了然的得出启动耗时分布、启动类型占⽐等等，如图：

1.启动耗时和次数

2.启动耗时分布

除此之外，我们还可以通过SDK进⾏崩溃分析、ANR分析、监控告警、卡顿分析、内存分析等等诸多功能，有了 U-APM 这个监控平台，其实在实际开发过程中很⼤程度的提升了我们对线上app的优化分析效率。当然本⽂的介绍也只是⽐较浅显的优化项，仅供参考以及思路引导，优化之路任重⽽道远，还需要我们不断 的去探索、发现、提⾼。不过最后还是要提醒⼀句：在实际项⽬开发过程中，不要为了优化⽽优化，要根据 项⽬情况有针对性的进⾏优化。

参考：
探秘 Mach-O ⽂件
iOS底层 - 从头梳理 dyld 加载流程
iOS app启动 - dyld加载App流程
wwdc2016optimizingappstartuptime.pdf

作者：武玉宝