app啟動速度通常關(guān)乎用戶對app的總體評價兰绣，在這方面也有很多優(yōu)秀關(guān)于優(yōu)化方面的文章雕欺，不過這類文章更多地著墨于具體的優(yōu)化方案，對原理的介紹往往并不詳實收捣，所以對于想了解個中原理進(jìn)而深入學(xué)習(xí)系統(tǒng)機制的研發(fā)會有些美中不足的感覺届案。
本文根據(jù)wwdc 2012 iOS App Performance: Responsiveness，wwdc 2016 Optimizing App Startup Time及wwdc 2017 app start time:Past,Present and Future深入探討啟動原理與優(yōu)化策略

應(yīng)用啟動概論

伴隨app啟動的過程會出現(xiàn)app應(yīng)用界面放大出現(xiàn)的效果罢艾，iPhone及iPad上這個放大動畫分別為400ms與500ms楣颠，如果動畫結(jié)束時app已經(jīng)啟動完成，那么用戶看起來就像app在點擊了圖標(biāo)之后馬上啟動了一樣咐蚯，這樣的啟動速度自然是最佳的童漩。

watchdog

watchdog機制會在app發(fā)生超時的場景下強行中止其運行，由下表可知它對啟動場景的最大容忍時間為20s（xcode在debug期間會禁用watchdog）

啟動時間的衡量

watchdog判定啟動結(jié)束的時間點是第一個CATransaction的結(jié)束春锋，這個點意味著UI在CPU中第一次布局和繪制的結(jié)束矫膨，其標(biāo)志性的api調(diào)用為[UIApplication _reportAppLaunchFinished]（iOS6及之前版本，是此內(nèi)部api調(diào)用為啟動結(jié)束標(biāo)志，但iOS8以后已經(jīng)無法斷點到這個api侧馅，現(xiàn)在做啟動優(yōu)化判定啟動結(jié)束的一般的做法是rootViewController的viewDidAppear調(diào)用時間點）
而對于特定功能的app比如相機應(yīng)用來說直奋，用戶所感知到的啟動終結(jié)應(yīng)當(dāng)是快門達(dá)到可點按狀態(tài)所需要的時間，也就是說如果在watchdog超時間內(nèi)完成界面啟動而功能卻并未完成初始化施禾，仍然算做啟動未完成脚线，只是已經(jīng)沒有在啟動過程被系統(tǒng)強行終止的危險而已。

啟動過程

鏈接與加載階段優(yōu)化策略

1.精簡依賴的framework(每個OC庫在加載階段都會有些額外的工作要做攀例，比如類的hash表需要在加載階段將各類添加進(jìn)去)
2.不要將require的framework標(biāo)記為optional船逮，因為optional需要更多的檢查消耗
3.避免靜態(tài)的初始化過程：
全局C++對象的創(chuàng)建:

    static std::map<int, int>  GlobalMap = {{1,2},{3,4}};

在main之前的load階段執(zhí)行的代碼:

+ (void)load{  //do any stuff }
__attribute__((constructor)) void doInitializationStuff() {}

將盡可能多的工作放到運行期去做，比如+(void)initialize{}

UIKit 初始化優(yōu)化策略

涉及的api

UIApplicationInitialize(iOS7以后應(yīng)該已經(jīng)沒有了)
UIApplicationInstantiateSingleton
-[UIApplication _createStatusBarWithRequestedStyle: ...]
-[UIApplication _loadMainNibFileName:bundle:]

1 精簡main nib的大小粤铭，更好的優(yōu)化自然是用代碼創(chuàng)建UI
2 不要在userdefault中存太多數(shù)據(jù)挖胃，因為userdefaults是作為property文件存儲的，整個property list會一次性反序列化梆惯，所以不要存大塊的數(shù)據(jù)酱鸭，比如

NSUserDefaults *ud = [NSUserDefaults standardUserDefaults];
NSData* data = UIImagePNGRepresentation(image);
[ud setObject: data forKey: @"image"];

Application 回調(diào) 優(yōu)化策略

此階段過程如下：

 回調(diào)application: willFinishLaunchingWithOptions:
 恢復(fù)application 狀態(tài)
 回調(diào)application: didFinishLaunchingWithOptions:

首次Core Animation Transaction

提交的重要階段：

• 準(zhǔn)備階段：解碼圖片
• layout: 計算所有l(wèi)ayer的大小(-layoutSubviews)
• 繪制: -drawRect:
  提交階段的優(yōu)化策略很明確，即盡可能精簡root viewController首次出現(xiàn)時的view層次復(fù)雜度及圖片素材的總量垛吗，同時不要做太復(fù)雜的drawRect操作

app啟動原理及優(yōu)化實踐

這部分根據(jù)wwdc2016 session406, 主要內(nèi)容為啟動原理及優(yōu)化實踐

Mach-O 和虛存 掠影

Mach-O文件類型：

Executable - 應(yīng)用主二進(jìn)制文件
Dylib - 動態(tài)鏈接庫（類似于其它平臺的DSO和DLL）
Bundle - 無法鏈接的Dylib凹髓，只能通過dlopen(), 比如插件

Image - Executable, Dylib 或者 Bundle
Framework - 包含所屬資源與頭文件目錄的Dylib
Mach-O文件又劃分為段segment, 比如__TEXT, __DATA, __LINKEDIT, 每個段大小均為pagesize的整數(shù)倍，在arm64 pagesize為16KB怯屉，其它架構(gòu)為4KB蔚舀，段又劃分為sections，section之間不重疊

Mach-O Universal Files
構(gòu)建同時支持32位與64位架構(gòu)時會將兩個架構(gòu)的Mach-O文件合并為UniversalFile

fat header

支持的架構(gòu)會列舉在fat header中，這個header也是一個page size

虛存
虛存是一種間接管理內(nèi)存的方式失受，是為了方便多進(jìn)程使用物理內(nèi)存讶泰，常見特性比如：當(dāng)訪問的虛存對應(yīng)的頁不在內(nèi)存中時發(fā)生的頁錯誤引發(fā)加載，同一內(nèi)存頁映射到多進(jìn)程中的內(nèi)存共享模式拂到，文件映射頁mmap()與lazy reading特性（讀到特定地址時才引發(fā)頁錯誤引發(fā)加載）痪署，copy on write（COW,多進(jìn)程共享數(shù)據(jù)頁，直到對其進(jìn)行修改時才引發(fā)內(nèi)存將頁復(fù)制到新內(nèi)存頁并將進(jìn)程映射的頁指向新內(nèi)存頁）
虛存的這些特性應(yīng)用在__TEXT段極為合適兄旬，COW對于__DATA段是很好的優(yōu)化狼犯，這也引出了另一個概念余寥，即臟數(shù)據(jù)頁和干凈數(shù)據(jù)頁：臟數(shù)據(jù)頁是包含特定進(jìn)程信息的頁，而干凈頁是內(nèi)核可以重新從disk中讀取的數(shù)據(jù)頁悯森，所以臟數(shù)據(jù)頁比干凈數(shù)據(jù)頁會帶來更多消耗宋舷。
頁權(quán)限屬性：rwx(代碼段設(shè)置為只讀 r，數(shù)據(jù)段 rw)

加載dylib的時候瓢姻，會將其文件映射到內(nèi)存中祝蝠，由于大部分全局變量都初始化為0，所以靜態(tài)優(yōu)化把它們都放在后面幻碱，以不占用空間绎狭，而且通過VM特性在首次讀取時將其填充為0，dyld的第一件事情是讀取Mach-O header褥傍，即第一頁儡嘶，會引發(fā)頁錯誤進(jìn)而進(jìn)行頁加載，它會發(fā)現(xiàn)此頁進(jìn)行了文件映射并加載文件首頁到物理內(nèi)存恍风。然后dyld開始讀mach header蹦狂，接著Mach header說在__LINKEDIT段中有些信息需要讀下，于是dyld開始讀最下面那段朋贬，同樣引發(fā)頁錯誤及加載凯楔，然后LINKEDIT告訴dyld需要對DATA段做一些修正才能讓dylib真正可運行。dyld于是開始入數(shù)據(jù)段寫一些數(shù)據(jù)兄世，這時候COW發(fā)生啼辣，數(shù)據(jù)頁變臟。而如果此時另一個進(jìn)程需要這個dylib御滩，那么TEXT段和LINKEDIT段只需要復(fù)用已經(jīng)在物理內(nèi)存頁中的這兩個段即可，操作系統(tǒng)只需要將對應(yīng)的內(nèi)存頁映射到新進(jìn)程的虛存中即可党远。而數(shù)據(jù)段如果仍在內(nèi)存中削解，也可以類似地映射，否則需要再次讀取disk沟娱，這算是動態(tài)庫加載的一項優(yōu)化氛驮。而LINKEDIT段只有在dyld修正DATA段的時候才有用，此后其內(nèi)存頁即可回收做它用济似。

Dylib加載

有兩件想提及的事情是安全是如何影響dyld的矫废，而正是這兩件事關(guān)安全的事情影響了dyld。
一個是ASLR(address space layout randomization)砰蠢，用于隨機化加載地址的常用技術(shù)蓖扑。
另一個是code sign，構(gòu)建時每頁Mach-O文件都會生成各自的加密hash台舱，均存儲在LINKEDIT中律杠，于是每頁均可以驗證其是否被更動過手腳。

EXEC

exec是一個系統(tǒng)調(diào)用，會使用指定的新程序替換當(dāng)前進(jìn)程柜去，內(nèi)核會將整個進(jìn)程空間抹掉并將你指定的可執(zhí)行文件映射進(jìn)來灰嫉，由于ASLR的存在，映射到的是一個隨機的地址嗓奢，并且從這個地址到0的整個區(qū)域都會標(biāo)記為不可讀不可寫不可執(zhí)行讼撒。在32位進(jìn)程中，這個區(qū)域大小為4KB股耽，在64位進(jìn)程最少為4GB根盒。它會用來捕獲空指針引用及指針截斷錯誤，因為塊虛存未映射任何實際物理地址豺谈，所以訪問會引發(fā)異常郑象。
多年以前EXEC很輕松，因為只需要將程序映射到進(jìn)程茬末，再設(shè)置PC就可以開始執(zhí)行了厂榛，但隨著動態(tài)鏈接庫的發(fā)明，出現(xiàn)了helper程序來幫忙加載動態(tài)鏈接庫丽惭，apple平臺上這個程序叫做dyld击奶。內(nèi)核在映射可執(zhí)行文件到進(jìn)程之后，會映射dyld到進(jìn)程另一個隨機地址责掏，然后將PC設(shè)置進(jìn)dyld中柜砾，并讓其完成進(jìn)程的啟動。

查看image中需fix-up的指針信息的命令:

xcrun dyldinfo -rebase -bind -lazy_bind myapp.app/myapp

上述所有工作完成之后买置，dyld會調(diào)用可執(zhí)行文件中的main()

提升啟動速度實用策略

首先最好的啟動時間是比啟動動畫更快粪糙，前述啟動概論有提及，400ms最好
在scheme中添加環(huán)境變量 DYLD_PRINT_STATISTICS 1 后忿项，在device log中會輸出main之前所有執(zhí)行過程的耗時統(tǒng)計

抖音代碼段重排啟動優(yōu)化方案