优化 App 的启动速度

时间：2023-02-23 09:08:32

App 的启动速度不仅影响我们调试，也直接关系到用户体验。之前有些很久没有打开过的项目，需要花费很长的时间才完成编译；对应的 App 在点击后，许久才出现启动画面。你是否为这些问题苦恼过呢？

这是我观看 WWDC2016 Sessions406 《Optimizing App Start Time》的博客笔记。虽然没有字幕听起来很吃力，但光看 Slide 还是有不少收获的。原文有点长，包括理论是实践两部分，为了方便阅读这里只放出一部分。

Mach-O 文件是如何被加载的

在 mian() 函数执行之前，操作系统为我们做了什么？

exec() -> main()

exec()执行过程：
内核随机分配一段可用的内存给应用程序。但有个规则，即不分配低地址的内存空间，该地址空间大小由处理器的位数决定，情况如下：

  • 32位处理器保留 4K

  • 64位处理器保留 4G

低地址保留，用于保存空指针、异常错误信息等。

优化 App 的启动速度

加载动态库

内存分配完成后，处理器运行动态加载器（Dynamic loader）来加载动态依赖库（dylibs）。

加载过程：

  1. 映射所有的直接依赖库，递归间接调用的依赖库(Map all dependent dylibs,recurse).

  2. 重建所有的图片(Rebase all images).

  3. 绑定所有图片(Bind all images).

  4. 准备代码层面的加载(ObjC prepare images)

  5. 执行初始化方法(Run initializes).

优化 App 的启动速度

直接加载：

  • 解析所有的动态库

  • 找出需要的 mach-O 文件

  • 打开并读取文件

  • 认证 mach-O 文件

  • 登记代码签名

  • 为每个 segment 调用 mmap() 映射函数

递归加载：
当所有直接依赖库加载完毕后，还存在直接依赖库依赖于其他库的情况。递归加载间接依赖库，一般 App 需要加载 100 到 400 个动态库！其中绝大多数为系统库，苹果已经最优化了系统库的加载。

2. 重建（Rebasing）

将图片资源根据其地址进行加载，重建信息被编码在 LINKEDIT segment 中。重建的过程按照地址顺序执行，所以可以被内核预取。

3. 绑定（Binding）

应用程序对动态库的引用只是字符层(symbol)面上，绑定过程中需要加载器通过函数名来查找，相对于重建这个过程需要更多的计算。

优化 App 的启动速度

4. ObjC 准备阶段

  • 完成重建和绑定后的配置工作

  • 登记定义的 ObjC 类

  • 更新实例变量对应的内存位置

  • 分类的方法被插入到主类

5. 初始化（Initializer）

  • 静态分配内存的对象的初始化

  • 调用 +load 方法

  • 调用相关联的动态库

  • 最后，执行 main（）函数

启动优化

对于不同的设备启动速度都不相同，苹果认为完美的启动时间是在 400 毫秒以内。App 的最大允许启动时间为20秒，如果超过这个时间就会被 Killed。

我们可以通过编辑工程的 Schemes 来打印 App 的启动中各项时间花费，从而来分析和优化启动过程。
在 Arguments -> Environment Variables 中加入 DYLY_PRINT_STATISTICS。

优化 App 的启动速度

设置后，控制台部分项时间花费输出：

优化 App 的启动速度

1. 加载动态库

加载动态库需要很大的开销，解决方法是尽可能减少引入不必要的动态库，合并现有可操作的动态库，使用静态文件，使用懒加载等

2. 重建和绑定过程

  • 减少指针变量的使用

  • 减少 Objective-C 类

  • 减少 C++ 虚基类的使用(少见)

  • 建议使用 Swift 结构体

  • 尽可能将属性设置为只读

3. 初始化

  • 将 +load 函数的操作尽可能在 +initialize 方法中执行

  • 简化 C++ 构造函数

  • 不要在初始化方法里面调用 dlopen()

  • 不要在初始化方法里面创建线程

+initialized 会在任何类加载之前被调用，而 +load 是所在类被加载到系统的时候被调用，这通常比 +initialized 调用的时机要早。在 +load 函数里面做操作会延缓系统的启动时间。

dlopen() 函数用于打开 Bundle 尽可能的延迟读取本地的 Bundld 资源，也有利于加快启动速度。

线程的创建需要很大的开销，不要在 App 启动的过程创建子线程。

参考阅读

1. https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/406/
2. http://objccn.io/issue-6-3/
3. https://code.facebook.com/posts/1675399786008080/optimizing-facebook-for-ios-start-time/

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