背景

7月26號(hào)我們阿里數(shù)據(jù)iOS端發(fā)布了4.4.0版本泻帮，這次版本主要是優(yōu)化了性能湃番，其中main()階段的啟動(dòng)耗時(shí)優(yōu)化成果比較明顯防症，從之前的0.5-0.7秒，降低為目前的0.1-0.2秒（main()第一行代碼到didFinishLaunchingWithOptions最后一行代碼的耗時(shí)）山叮，用戶體驗(yàn)提升明顯。在這里梳理一下優(yōu)化的一些經(jīng)驗(yàn)添履，歡迎大家一起交流屁倔。

應(yīng)用啟動(dòng)流程

iOS應(yīng)用的啟動(dòng)可分為pre-main階段和main()階段，其中系統(tǒng)做的事情依次是：

1. pre-main階段

1.1. 加載應(yīng)用的可執(zhí)行文件
1.2. 加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)加載器dyld（dynamic loader）
1.3. dyld遞歸加載應(yīng)用所有依賴的dylib（dynamic library 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)）

2. main()階段

2.1. dyld調(diào)用main()
2.2. 調(diào)用UIApplicationMain()
2.3. 調(diào)用applicationWillFinishLaunching
2.4. 調(diào)用didFinishLaunchingWithOptions

啟動(dòng)耗時(shí)的測(cè)量

在進(jìn)行優(yōu)化之前暮胧，我們首先應(yīng)該能測(cè)量各階段的耗時(shí)锐借。

1. pre-main階段

對(duì)于pre-main階段问麸，Apple提供了一種測(cè)量方法，在 Xcode 中 Edit scheme -> Run -> Auguments 將環(huán)境變量DYLD_PRINT_STATISTICS 設(shè)為1 ：

pre-main階段啟動(dòng)耗時(shí)測(cè)量.png

設(shè)置好后把程序跑起來(lái)钞翔，控制臺(tái)會(huì)有如下輸出严卖，pre-main階段各過(guò)程的耗時(shí)一覽無(wú)余(Apple這個(gè)Demo有點(diǎn)過(guò)于夸張...)

pre-main階段啟動(dòng)耗時(shí)測(cè)量.png

2. main()階段

對(duì)于main()階段，主要是測(cè)量main()函數(shù)開始執(zhí)行到didFinishLaunchingWithOptions執(zhí)行結(jié)束的耗時(shí)布轿，就需要自己插入代碼到工程中了哮笆。先在main()函數(shù)里用變量StartTime記錄當(dāng)前時(shí)間：

CFAbsoluteTime StartTime;
int main(int argc, char * argv[]) {
      StartTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();

再在AppDelegate.m文件中用extern聲明全局變量StartTime

extern CFAbsoluteTime StartTime;

最后在didFinishLaunchingWithOptions里，再獲取一下當(dāng)前時(shí)間驮捍，與StartTime的差值即是main()階段運(yùn)行耗時(shí)疟呐。

double launchTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - StartTime);

pre-main階段的優(yōu)化

要對(duì)pre-main階段的耗時(shí)做優(yōu)化，需要再學(xué)習(xí)下dyld加載的過(guò)程东且，根據(jù)Apple在WWDC上的介紹启具，dyld的加載主要分為4步：

1. Load dylibs

這一階段dyld會(huì)分析應(yīng)用依賴的dylib，找到其mach-o文件珊泳，打開和讀取這些文件并驗(yàn)證其有效性鲁冯，接著會(huì)找到代碼簽名注冊(cè)到內(nèi)核，最后對(duì)dylib的每一個(gè)segment調(diào)用mmap()色查。
一般情況下薯演，iOS應(yīng)用會(huì)加載100-400個(gè)dylibs，其中大部分是系統(tǒng)庫(kù)秧了，這部分dylib的加載系統(tǒng)已經(jīng)做了優(yōu)化跨扮。

所以，依賴的dylib越少越好验毡。在這一步衡创，我們可以做的優(yōu)化有：

1. 盡量不使用內(nèi)嵌（embedded）的dylib，加載內(nèi)嵌dylib性能開銷較大
2. 合并已有的dylib和使用靜態(tài)庫(kù)（static archives）晶通，減少dylib的使用個(gè)數(shù)
3. 懶加載dylib璃氢，但是要注意dlopen()可能造成一些問(wèn)題，且實(shí)際上懶加載做的工作會(huì)更多

2. Rebase/Bind

在dylib的加載過(guò)程中狮辽，系統(tǒng)為了安全考慮一也，引入了ASLR（Address Space Layout Randomization）技術(shù)和代碼簽名。由于ASLR的存在喉脖，鏡像（Image椰苟，包括可執(zhí)行文件、dylib和bundle）會(huì)在隨機(jī)的地址上加載树叽，和之前指針指向的地址（preferred_address）會(huì)有一個(gè)偏差（slide）尊剔，dyld需要修正這個(gè)偏差，來(lái)指向正確的地址。
Rebase在前须误，Bind在后挨稿，Rebase做的是將鏡像讀入內(nèi)存，修正鏡像內(nèi)部的指針京痢，性能消耗主要在IO奶甘。Bind做的是查詢符號(hào)表，設(shè)置指向鏡像外部的指針祭椰，性能消耗主要在CPU計(jì)算臭家。

所以，指針數(shù)量越少越好方淤。在這一步钉赁，我們可以做的優(yōu)化有：

1. 減少ObjC類（class）、方法（selector）携茂、分類（category）的數(shù)量
2. 減少C++虛函數(shù)的的數(shù)量（創(chuàng)建虛函數(shù)表有開銷）
3. 使用Swift structs（內(nèi)部做了優(yōu)化你踩，符號(hào)數(shù)量更少）

3. Objc setup

大部分ObjC初始化工作已經(jīng)在Rebase/Bind階段做完了，這一步dyld會(huì)注冊(cè)所有聲明過(guò)的ObjC類讳苦，將分類插入到類的方法列表里带膜，再檢查每個(gè)selector的唯一性。

在這一步倒沒(méi)什么優(yōu)化可做的鸳谜，Rebase/Bind階段優(yōu)化好了膝藕，這一步的耗時(shí)也會(huì)減少。

4. Initializers

到了這一階段咐扭，dyld開始運(yùn)行程序的初始化函數(shù)芭挽，調(diào)用每個(gè)Objc類和分類的+load方法，調(diào)用C/C++ 中的構(gòu)造器函數(shù)（用attribute((constructor))修飾的函數(shù)）蝗肪，和創(chuàng)建非基本類型的C++靜態(tài)全局變量袜爪。Initializers階段執(zhí)行完后，dyld開始調(diào)用main()函數(shù)穗慕。

在這一步，我們可以做的優(yōu)化有：

1. 少在類的+load方法里做事情妻导，盡量把這些事情推遲到+initiailize
2. 減少構(gòu)造器函數(shù)個(gè)數(shù)逛绵，在構(gòu)造器函數(shù)里少做些事情
3. 減少C++靜態(tài)全局變量的個(gè)數(shù)

main()階段的優(yōu)化

這一階段的優(yōu)化主要是減少didFinishLaunchingWithOptions方法里的工作，在didFinishLaunchingWithOptions方法里倔韭，我們會(huì)創(chuàng)建應(yīng)用的window术浪，指定其rootViewController，調(diào)用window的makeKeyAndVisible方法讓其可見(jiàn)寿酌。由于業(yè)務(wù)需要胰苏，我們會(huì)初始化各個(gè)二方/三方庫(kù)，設(shè)置系統(tǒng)UI風(fēng)格醇疼，檢查是否需要顯示引導(dǎo)頁(yè)硕并、是否需要登錄法焰、是否有新版本等，由于歷史原因倔毙，這里的代碼容易變得比較龐大埃仪，啟動(dòng)耗時(shí)難以控制。

所以陕赃，滿足業(yè)務(wù)需要的前提下卵蛉，didFinishLaunchingWithOptions在主線程里做的事情越少越好。在這一步么库，我們可以做的優(yōu)化有：

1. 梳理各個(gè)二方/三方庫(kù)傻丝，找到可以延遲加載的庫(kù)，做延遲加載處理诉儒，比如放到首頁(yè)控制器的viewDidAppear方法里葡缰。
2. 梳理業(yè)務(wù)邏輯，把可以延遲執(zhí)行的邏輯允睹，做延遲執(zhí)行處理运准。比如檢查新版本、注冊(cè)推送通知等邏輯缭受。
3. 避免復(fù)雜/多余的計(jì)算胁澳。
4. 避免在首頁(yè)控制器的viewDidLoad和viewWillAppear做太多事情，這2個(gè)方法執(zhí)行完米者，首頁(yè)控制器才能顯示韭畸，部分可以延遲創(chuàng)建的視圖應(yīng)做延遲創(chuàng)建/懶加載處理。
5. 采用性能更好的API蔓搞。
6. 首頁(yè)控制器用純代碼方式來(lái)構(gòu)建胰丁。

阿里數(shù)據(jù)iOS端優(yōu)化實(shí)踐

在以上的認(rèn)知指導(dǎo)下，阿里數(shù)據(jù)iOS端開始著手優(yōu)化喂分，在pre-main階段和main()階段分別做了一系列優(yōu)化锦庸，取得了一定的成果。

1. pre-main階段的優(yōu)化

1.1. 排查無(wú)用的dylib蒲祈，移除不再使用的libicucore.tbd
1.2. 刪除無(wú)用文件&庫(kù)甘萧，合并重復(fù)文件（多個(gè)重復(fù)的分類）。移除不再使用的庫(kù)UMSocial梆掸、PSTCollectionView扬卷、MCSwipeTableViewCell，移除功能重復(fù)的庫(kù)Mantle酸钦。
1.3. 梳理各個(gè)類的+load方法怪得，將多個(gè)類中+load方法做的事延遲到+initiailize里去做。

優(yōu)化前pre-main階段耗時(shí):

優(yōu)化前pre-main階段耗時(shí).png

優(yōu)化后pre-main階段耗時(shí)：

優(yōu)化后pre-main階段耗時(shí).png

測(cè)試環(huán)境：Xcode8.3.3 iOS10.2的模擬器，熱啟動(dòng)徒恋。
備注：測(cè)試發(fā)現(xiàn)蚕断，pre-main階段耗時(shí)有一定波動(dòng)，冷啟動(dòng)時(shí)波動(dòng)更大因谎，這里截圖貼的是一個(gè)中位數(shù)水平基括。
可以看到熱啟動(dòng)下，pre-main階段耗時(shí)有一定下降财岔。

2. main()階段的優(yōu)化

2.1. 去掉其中100ms的dispatch_after...檢查代碼發(fā)現(xiàn)之前會(huì)故意讓啟動(dòng)圖多顯示100ms风皿，不知道是什么邏輯...
2.2. 將多個(gè)二方/三方庫(kù)延遲加載匠璧。包括TBCrashReporter桐款、TBAccsSDK、UT夷恍、TRemoteDebugger魔眨、ATSDK等。
2.3. 將若干系統(tǒng)UI配置酿雪、業(yè)務(wù)邏輯延遲執(zhí)行遏暴。包括注冊(cè)推送、檢查新版本指黎、更新Orange配置等朋凉。
2.4. 避免多余的計(jì)算。之前會(huì)前后兩次獲取是否要顯示廣告圖醋安，每次獲取都需要反序列化Orange中的配置信息杂彭，再比較配置中的開始/結(jié)束時(shí)間，大約耗時(shí)20ms吓揪。目前的解決方案是第一次計(jì)算后亲怠，用一個(gè)BOOL屬性緩存起來(lái)，下次直接取用柠辞。
2.5. 延遲加載&懶加載部分視圖团秽。快捷密碼驗(yàn)證頁(yè)是啟動(dòng)圖消失后用戶看到的第一個(gè)頁(yè)面叭首，這個(gè)頁(yè)面由于涉及到圖片的解碼习勤、多個(gè)視圖的創(chuàng)建&布局，viewDidLoad階段會(huì)耗時(shí)100ms左右放棒。目前的解決方案是把其中密碼輸入框視圖延遲到viewDidAppear里加載姻报，對(duì)密碼錯(cuò)誤提示視圖做成懶加載己英，耗時(shí)降低到30m左右间螟。

通過(guò)instruments的Time Profiler分析，優(yōu)化后啟動(dòng)速度有明顯提升，didFinishLaunchingWithOptions耗時(shí)在75ms左右（iPhone6s iOS10.3.3）

啟動(dòng)耗時(shí)..png

其中目前耗時(shí)最多的是快捷密碼驗(yàn)證頁(yè)（PAPasscodeViewController）的創(chuàng)建&布局厢破，其次是DTLaunchViewControlle里對(duì)是否要顯示廣告頁(yè)的判斷代碼荣瑟。可以看到PAPasscodeViewController的viewDidAppear耗時(shí)了78ms摩泪，但已經(jīng)沒(méi)有太大關(guān)系笆焰，此時(shí)用戶已經(jīng)看到了頁(yè)面，準(zhǔn)備去驗(yàn)證指紋/密碼了见坑。

總結(jié)&后續(xù)規(guī)劃

1. 總結(jié)

總結(jié)起來(lái)嚷掠，好像啟動(dòng)速度優(yōu)化就一句話：讓系統(tǒng)在啟動(dòng)期間少做一些事。當(dāng)然我們得先清楚工程里做的哪些事是在啟動(dòng)期間做的荞驴、對(duì)啟動(dòng)速度的影響有多大不皆，然后case by case地分析工程代碼，通過(guò)放到子線程熊楼、延遲加載霹娄、懶加載等方式讓系統(tǒng)在啟動(dòng)期間更輕松些。

2. 后續(xù)規(guī)劃

2.1. 替代部分龐大的庫(kù)鲫骗，采用更輕量級(jí)的解決方案犬耻。
2.2. 整理代碼，去除重復(fù)的實(shí)現(xiàn)执泰，避免出現(xiàn)功能重復(fù)的類&分類&方法枕磁。
2.3. 梳理和移除已經(jīng)下線的業(yè)務(wù)涉及的類&分類&方法。
2.4. 監(jiān)控好灰度版本啟動(dòng)速度的變化趨勢(shì)坦胶，盡早發(fā)現(xiàn)&解決拖慢啟動(dòng)速度的問(wèn)題透典。

參考資料

WWDC Optimizing App Startup Time
attribute 總結(jié)
dyld 加載 Mach-O
優(yōu)化 App 的啟動(dòng)時(shí)間
今日頭條iOS客戶端啟動(dòng)速度優(yōu)化