iOS笔记（ 启动时间性能优化）

应用启动环节，我们大致分为2种启动：即冷启动（Cold Launch）和热启动（Warm Launch），针对优化，我们主要针对冷启动。

知识点：打印启动时间

通过添加环境变量可以打印出APP的启动时间分析（Edit scheme -> Run -> Arguments）
DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1
如果需要更详细的信息，那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

一般而言，大家把iOS冷启动的过程定义为：从用户点击App图标开始到appDelegate didFinishLaunching方法执行完成为止。这个过程主要分为两个阶段：

• main()函数之前，即操作系统加载App可执行文件到内存，然后执行一系列的加载&链接等工作，最后执行至App的main()函数。

• main()函数之后，即从main()开始，到appDelegate的didFinishLaunchingWithOptions方法执行完毕。

然而，当didFinishLaunchingWithOptions执行完成时，用户还没有看到App的主界面，也不能开始使用App。例如在外卖App中，App还需要做一些初始化工作，然后经历定位、首页请求、首页渲染等过程后，用户才能真正看到数据内容并开始使用，我们认为这个时候冷启动才算完成。

冷启动过程图解

在调用main()函数之前，基本所有的工作都是由操作系统完成的，开发者能够插手的地方不多，所以如果想要优化这段时间，就必须先了解一下，操作系统在main()之前做了什么。main()之前操作系统所做的工作就是把可执行文件（Mach-O格式）加载到内存空间，然后加载动态链接库dyld，再执行一系列动态链接操作和初始化操作的过程（加载、绑定、及初始化方法）。这方面的资料网上比较多，但重复性较高，此处附上一篇WWDC的Topic：Optimizing App Startup Time。

dyld

'dyld（dynamic link editor），Apple的动态链接器，可以用来装载Mach-O文件（可执行文件、动态库等）

启动APP时，dyld所做的事情有:
装载APP的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库
当dyld把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知Runtime进行下一步的处理

Dyld各阶段内容

具体关于dyld的讲解推荐dyld专题文章讲的很细致。

Runtime 运行时

启动APP时，runtime所做的事情有

调用map_images进行可执行文件内容的解析和处理
在load_images中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的+load方法
进行各种objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象等等）
调用C++静态初始化器和attribute((constructor))修饰的函数

到此为止，可执行文件和动态库中所有的符号(Class，Protocol，Selector，IMP，…)都已经按格式成功加载到内存中，被runtime 所管理

了解完main()之前的加载过程后，我们可以分析出一些影响mian函数之前消耗时间的因素：

• 动态库加载越多，启动越慢。

• ObjC类，方法越多，启动越慢。

• ObjC的+load越多，启动越慢。

• C的constructor函数越多，启动越慢。

• C++静态对象越多，启动越慢。

代码瘦身

随着业务的迭代，不断有新的代码加入，同时也会废弃掉无用的代码和资源文件，但是工程中经常有无用的代码和文件被遗弃在角落里，没有及时被清理掉。这些无用的部分一方面增大了App的包体积，另一方便也拖慢了App的冷启动速度，所以及时清理掉这些无用的代码和资源十分有必要。

通过对Mach-O文件的了解，可以知道__TEXT:__objc_methname:中包含了代码中的所有方法，而__DATA__objc_selrefs中则包含了所有被使用的方法的引用，通过取两个集合的差集就可以得到所有未被使用的代码。核心方法如下，具体可以参考：objc_cover:

 def referenced_selectors(path):
    re_sel = re.compile("__TEXT:__objc_methname:(.+)") //获取所有方法
    refs = set()
    lines = os.popen("/usr/bin/otool -v -s __DATA __objc_selrefs %s" % path).readlines() # ios & mac //真正被使用的方法
    for line in lines:
        results = re_sel.findall(line)
        if results:
            refs.add(results[0])
    return refs

+load优化

目前iOS App中或多或少的都会写一些+load方法，用于在App启动执行一些操作，+load方法在Initializers阶段被执行，但过多+load方法则会拖慢启动速度，对于大中型的App更是如此。通过对App中+load的方法分析，发现很多代码虽然需要在App启动时较早的时机进行初始化，但并不需要在+load这样非常靠前的位置，完全是可以延迟到App冷启动后的某个时间节点，例如一些路由操作。

优化耗时操作

在main()之后主要工作是各种启动项的执行，主界面的构建，例如TabBarVC，HomeVC等等。资源的加载，如图片I/O、图片解码、archive文档等。这些操作中可能会隐含着一些耗时操作，靠单纯阅读非常难以发现，如何发现这些耗时点呢？找到合适的工具就会事半功倍。

Time Profiler

Time Profiler是Xcode自带的时间性能分析工具，它按照固定的时间间隔来跟踪每一个线程的堆栈信息，通过统计比较时间间隔之间的堆栈状态，来推算某个方法执行了多久，并获得一个近似值。Time Profiler的使用方法网上有很多使用教程，这里我们也不过多介绍，附上一篇使用文档：Instruments Tutorial with Swift: Getting Started。

火焰图

除了Time Profiler，火焰图也是一个分析CPU耗时的利器，相比于Time Profiler，火焰图更加清晰。火焰图分析的产物是一张调用栈耗时图片，之所以称为火焰图，是因为整个图形看起来就像一团跳动的火焰，火焰尖部是调用栈的栈顶，底部是栈底，纵向表示调用栈的深度，横向表示消耗的时间。一个格子的宽度越大，越说明其可能是瓶颈。分析火焰图主要就是看那些比较宽大的火苗，特别留意那些类似“平顶山”的火苗。

列举几点具体优化的方向

优化方向

闪屏业务上优化点

现在许多App在启动时并不直接进入首页，而是会向用户展示一个持续一小段时间的闪屏页，如果使用恰当，这个闪屏页就能帮我们节省一些启动时间。因为当一个App比较复杂的时候，启动时首次构建App的UI就是一个比较耗时的过程，假定这个时间是0.2秒，如果我们是先构建首页UI，然后再在Window上加上这个闪屏页，那么冷启动时，App就会实实在在地卡住0.2秒，但是如果我们是先把闪屏页作为App的RootViewController，那么这个构建过程就会很快。因为闪屏页只有一个简单的ImageView，而这个ImageView则会向用户展示一小段时间，这时我们就可以利用这一段时间来构建首页UI了，一举两得。
TOGO途歌共享车客户端就是使用的这种方案。

对于快速迭代的App，随着业务复杂度的增加，冷启动时长会不可避免的增加。冷启动流程也是一个比较复杂的过程，当遇到冷启动性能瓶颈时，我们可以根据App自身的特点，配合工具的使用，从多方面、多角度进行优化。同时，优化冷启动存量问题只是冷启动治理的第一步，因为冷启动性能问题并不是一日造成的，也不能简单的通过一次优化工作就能解决，我们需要通过合理的设计、规范的约束，来有效地管控性能问题的增量，并通过持续的线上监控来及时发现并修正性能问题，这样才能够长期保证良好的App冷启动体验。