原文：橘子不酸丶http://www.zyiner.com/article/5

前言

最近由于體驗感覺我們的app啟動時間過長，因此做了APP的啟動優化。本次優化主要從三個方面來做了啟動時間的優化，main之后的耗時方法優化、premain的+load方法優化、二進制重排優化premain時間。

通常我們對于啟動時間的定義為從用戶點擊app到看到首屏的時間。因此對于啟動時間優化就是遵循一個原則：盡早讓用戶看到首頁內容。

app啟動過程

iOS應用的啟動可分為pre-main階段和main()階段，pre-main階段為main函數執行之前所做的操作，main階段為main函數到首頁展示階段。其中系統做的事情為：

premain

加載所有依賴的Mach-O文件（遞歸調用Mach-O加載的方法）
加載動態鏈接庫加載器dyld（dynamic loader）
定位內部、外部指針引用，例如字符串、函數等
加載類擴展（Category）中的方法
C++靜態對象加載、調用ObjC的 +load 函數
執行聲明為attribute((constructor))的C函數

main

調用main()
調用UIApplicationMain()
調用applicationWillFinishLaunching

通常的premain階段優化即為刪減無用的類方法、減少+load操作、減少attribute((constructor))的C函數、減少啟動加載的動態庫。而main階段的優化為將啟動時非必要的操作延遲到首頁顯示之后加載、統計并優化耗時的方法、對于一些可以放在子線程的操作可以盡量不占用主線程。

一、耗時方法優化

1.統計啟動時的耗時方法

我們可以通過Instruments的TimeProfile來統計啟動時的主要方法耗時，Call Tree->Hide System Libraries過濾掉系統庫可以查看主線程下方法的耗時。

image

也可以通過打印時間的方式來統計各個函數的耗時。

double launchTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
[SDWebImageManager sharedManager];
NSLog(@"launchTime = %f秒", CFAbsoluteTimeGetCurrent() - launchTime);

這一階段就是需要對啟動過程的業務邏輯進行梳理，確認哪些是可以延遲加載的，哪些可以放在子線程加載，以及哪些是可以懶加載處理的。同時對耗時比較嚴重的方法進行review并提出優化策略進行優化。

二、+load方法優化以及刪減不用的類

2.1 +load方法統計

同樣的我們可以通過Instruments來統計啟動時所有的+load方法，以及+load方法所用耗時

image

我們可以對不必要的+load方法進行優化，比如放在+initialize里。不必要的+load進行刪減。

2.2 使用__attribute優化+load方法

由于在我們的工程中存在很多的+load方法，而其中一大部分為cell模板注冊的+load方法(我們的每一個cell對應一個模板，然后該模板對應一個字符串，在啟動時所有的模板方法都在+load中注冊對應的字符串即在字典中存儲字符串和對應的cell模板，然后動態下發展示對應的cell)。

即存在這種場景，在啟動時需要大量的在+load中注冊key-value。

此時可以使用__attribute((used, section("__DATA,"#sectname" ")))的方式在編譯時寫入"TempSection"的DATA段一個字符串。此字符串為key:value格式的字典轉json。對應著key和value。

#ifndef ZYStoreListTemplateSectionName
#define ZYStoreListTemplateSectionName "ZYTempSection"
#endif

#define ZYStoreListTemplateDATA(sectname) __attribute((used, section("__DATA,"#sectname" ")))

#define ZYStoreListTemplateRegister(templatename,templateclass) \
class NSObject; char * k##templatename##_register ZYStoreListTemplateDATA(ZYTempSection) = "{ \""#templatename"\" : \""#templateclass"\"}";
/**
通過ZYStoreListTemplateRegister(key,classname)注冊處理模板的類名(類必須是ZYStoreListBaseTemplate子類)
【注意事項】
該方式通過__attribute屬性在編譯期間綁定注冊信息，運行時讀取速度快，注冊信息在首次觸發調用時讀取，不影響pre-main時間
該方式注冊時‘key’字段中不支持除下劃線'_'以外的符號
【使用示例】
注冊處理模板的類名：@ZYStoreListTemplateRegister(baseTemp,ZYStoreListBaseTemplate)
**/

在使用時@ZYStoreListTemplateRegister(baseTemp,ZYStoreListBaseTemplate)即為在編譯期間綁定注冊信息。

讀取使用__attribute在編譯期間寫入的key-value字符串。 關于__attribute詳情可以參考__attribute黑魔法

#pragma mark - 第一次使用時讀取ZYStoreListTemplateSectionName的__DATA所有數據
+ (void)readTemplateDataFromMachO {
    //1.根據符號找到所在的mach-o文件信息
    Dl_info info;
    dladdr((__bridge void *)[self class], &info);
    
    //2.讀取__DATA中自定義的ZYStoreListTemplateSectionName數據
    #ifndef __LP64__
        const struct mach_header *mhp = (struct mach_header*)info.dli_fbase;
        unsigned long templateSize = 0;
        uint32_t *templateMemory = (uint32_t*)getsectiondata(mhp, "__DATA", ZYStoreListTemplateSectionName, &templateSize);
    #else /* defined(__LP64__) */
        const struct mach_header_64 *mhp = (struct mach_header_64*)info.dli_fbase;
        unsigned long templateSize = 0;
        uint64_t *templateMemory = (uint64_t*)getsectiondata(mhp, "__DATA", ZYStoreListTemplateSectionName, &templateSize);
     
    #endif /* defined(__LP64__) */
    
    //3.遍歷ZYStoreListTemplateSectionName中的協議數據
    unsigned long counter = templateSize/sizeof(void*);
    for(int idx = 0; idx < counter; ++idx){
        char *string = (char*)templateMemory[idx];
        NSString *str = [NSString stringWithUTF8String:string];
        if(!str)continue;
        
        //NSLog(@"config = %@", str);
        NSData *jsonData = [str dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSError *error = nil;
        id json = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:jsonData options:0 error:&error];
        if (!error) {
            if ([json isKindOfClass:[NSDictionary class]] && [json allKeys].count) {
                NSString *templatesName = [json allKeys][0];
                NSString *templatesClass  = [json allValues][0];
                if (templatesName && templatesClass) {
                    [self registerTemplateName:templatesName templateClass:NSClassFromString(templatesClass)];
                }
            }
        }
    }
}

這樣我們就可以優化大量的重復+load方法。而且使用__attribute屬性為編譯期間綁定注冊信息，運行時讀取速度快，注冊信息在首次觸發調用時讀取，不影響pre-main時間。

三、二進制重排

自從抖音團隊分享了這篇抖音研發實踐：基于二進制文件重排的解決方案 APP啟動速度提升超15% 啟動優化文章后 , 二進制重排優化 pre-main 階段的啟動時間自此被大家廣為流傳。

當進程訪問一個虛擬內存Page而對應的物理內存卻不存在時，會觸發一次缺頁中斷（Page Fault）。

二進制重排，主要是優化我們啟動時需要的函數非常分散在各個頁，啟動時就會多次Page Fault造成時間的損耗。

3.1 獲取Order File

本次主要是通過Clang靜態插樁的方式，獲取到所有的啟動時調用的函數符號，導出為OrderFile。

Target -> Build Setting -> Custom Complier Flags -> Other C Flags添加
-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard參數

然后實現hook代碼獲取所有啟動的函數符號。啟動后在首頁顯示之后，可以通過觸發下邊-getAllSymbols方法獲取所有符號。

#import "dlfcn.h"
#import <libkern/OSAtomic.h>

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
                                         uint32_t *stop) {
    static uint64_t N;  // Counter for the guards.
    if (start == stop || *start) return;  // Initialize only once.
    printf("INIT: %p %p\n", start, stop);
    for (uint32_t *x = start; x < stop; x++)
        *x = ++N;  // Guards should start from 1.
}

//原子隊列
static OSQueueHead symboList = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;
static BOOL isEnd = NO;
//定義符號結構體
typedef struct{
    void * pc;
    void * next;
}SymbolNode;

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
    //if (!*guard) return;  // Duplicate the guard check.
    if (isEnd) {
        return;
    }
    void *PC = __builtin_return_address(0);
    
    SymbolNode * node = malloc(sizeof(SymbolNode));
    *node = (SymbolNode){PC,NULL};
    
    //入隊
    // offsetof 用在這里是為了入隊添加下一個節點找到 前一個節點next指針的位置
    OSAtomicEnqueue(&symboList, node, offsetof(SymbolNode, next));
}

- (void)getAllSymbols {
    isEnd = YES;
    NSMutableArray<NSString *> * symbolNames = [NSMutableArray array];
    while (true) {
        //offsetof 就是針對某個結構體找到某個屬性相對這個結構體的偏移量
        SymbolNode * node = OSAtomicDequeue(&symboList, offsetof(SymbolNode, next));
        if (node == NULL) break;
        Dl_info info;
        dladdr(node->pc, &info);
        
        NSString * name = @(info.dli_sname);
        
        // 添加 _
        BOOL isObjc = [name hasPrefix:@"+["] || [name hasPrefix:@"-["];
        NSString * symbolName = isObjc ? name : [@"_" stringByAppendingString:name];
        
        //去重
        if (![symbolNames containsObject:symbolName]) {
            [symbolNames addObject:symbolName];
        }
    }

    //取反
    NSArray * symbolAry = [[symbolNames reverseObjectEnumerator] allObjects];
    NSLog(@"%@",symbolAry);
    
    //將結果寫入到文件
    NSString * funcString = [symbolAry componentsJoinedByString:@"\n"];
    NSString * filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"linkSymbols.order"];
    NSData * fileContents = [funcString dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    BOOL result = [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];
    if (result) {
        NSLog(@"linkSymbol result %@",filePath);
    }else{
        NSLog(@"linkSymbol result文件寫入出錯");
    }
}

由于我們的工程為pod工程，如果只在主工程里添加other c flags只能獲取到主工程層下的所有啟動函數，如果要獲取所有的包含依賴pod中啟動函數符號則需要在每一個pod target設置other c flags參數。

我們可以通過添加pod腳本來對每一個target添加other c flags參數。

在podfile最后添加腳本來為每一個target添加編譯參數。注意可以過濾掉Debug環境才加載的庫。

post_install do |installer|
    pods_project = installer.pods_project
    build_settings = Hash[
    'OTHER_CFLAGS' => '-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard'
#    ,'OTHER_SWIFT_FLAGS' => '-sanitize=undefined -sanitize-coverage=func'
    ]
    
    pods_project.targets.each do |target|
#      if !target.name.include?('Pods-')
      if !target.name.include?('Pods-') and target.name != 'LookinServer' and target.name != 'DoraemonKit' and target.name != 'DoraemonKit-DoraemonKit'
        # 修改build_settings
        target.build_configurations.each do |config|
            build_settings.each do |pair|
                key = pair[0]
                value = pair[1]
                if config.build_settings[key].nil?
                    config.build_settings[key] = ['']
                end
                if !config.build_settings[key].include?(value)
                    config.build_settings[key] << value
                end
            end
        end
        
        puts '[Other C Flags]: ' + target.name + ' success.'
      end
    end
end

重新install之后所有的pod target都會添加上other c flags參數。然后就可以獲取到所有的函數符號(注意如果是二進制庫則還是會獲取不到)。

3.1 設置Order File

通過objc的源碼可以看到objc也是通過設置order file設置編譯順序的。

我們可以在主工程的Target -> Build Setting -> Linking -> Order File添加上述步驟導出的函數符號列表linkSymbols.order。

$(SRCROOT)/linkSymbols.order 這里可以根據根目錄路徑然后尋找，不必把orderfile添加到工程bundle里。如果添加到工程里則會被打包到ipa里。我們可以只是放在工程文件夾下，只在編譯的時候根據路徑引用就可以了。

設置完orderfile之后我們可以通過設置write link map file屬性為YES來找到編譯時生成的符號($Project)-LinkMap-normal-arm64.txt。
修改完畢后 clean 一下 , 運行工程 , Products - show in finder, 找到 macho 的上上層目錄。
找到結尾為arm64.txt的文件并打開。

Intermediates -> project_ios.build -> Debug-iphoneos -> project_ios.build -> project_ios-LinkMap-normal-arm64.txt

($Project)-LinkMap-normal-arm64.txt文件里在#Symbols之后為函數符號鏈接的順序，可以驗證一下重排是否成功。

最后可以看一下我們重排之后的效果,Instruments下System Trace下Page Fault的次數和耗時:

image

總結

最后在看一下本次優化的效果。圖中為iPhone6s Plus重啟后第一次啟動的優化前后截屏。

啟動優化.gif

參考文章:

iOS 優化篇 - 啟動優化之Clang插樁實現二進制重排

iOS App啟動優化

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iOS優化篇之App啟動時間優化

iOS優化篇之App啟動時間優化

前言

app啟動過程

premain

main

一、耗時方法優化

1.統計啟動時的耗時方法

二、+load方法優化以及刪減不用的類

2.1 +load方法統計

2.2 使用__attribute優化+load方法

三、二進制重排

3.1 獲取Order File

3.1 設置Order File

總結

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iOS優化篇之App啟動時間優化

前言

app啟動過程

premain

main

一、耗時方法優化

1.統計啟動時的耗時方法

二、+load方法優化以及刪減不用的類

2.1 +load方法統計

2.2 使用__attribute優化+load方法

三、二進制重排

3.1 獲取Order File

3.1 設置Order File

總結

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