背景

7月26號我們阿里數(shù)據(jù)iOS端發(fā)布了4.4.0版本，這次版本主要是優(yōu)化了性能，其中main()階段的啟動耗時優(yōu)化成果比較明顯，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），用戶體驗提升明顯。在這里梳理一下優(yōu)化的一些經(jīng)驗，歡迎大家一起交流。

應用啟動流程

iOS應用的啟動可分為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. 加載應用的可執(zhí)行文件

1.2. 加載動態(tài)鏈接庫加載器dyld（dynamic loader）

1.3. dyld遞歸加載應用所有依賴的dylib（dynamic library 動態(tài)鏈接庫）

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

啟動耗時的測量

在進行優(yōu)化之前，我們首先應該能測量各階段的耗時。

1. pre-main階段

對于pre-main階段，Apple提供了一種測量方法，在 Xcode 中 Edit scheme -> Run -> Auguments 將環(huán)境變量DYLD_PRINT_STATISTICS 設為1 ：

pre-main階段啟動耗時測量.png

設置好后把程序跑起來，控制臺會有如下輸出，pre-main階段各過程的耗時一覽無余(Apple這個Demo有點過于夸張...)

pre-main階段啟動耗時測量.png

2. main()階段

對于main()階段，主要是測量main()函數(shù)開始執(zhí)行到didFinishLaunchingWithOptions執(zhí)行結(jié)束的耗時，就需要自己插入代碼到工程中了。先在main()函數(shù)里用變量StartTime記錄當前時間：

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，再獲取一下當前時間，與StartTime的差值即是main()階段運行耗時。

double launchTime = (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - StartTime);

pre-main階段的優(yōu)化

要對pre-main階段的耗時做優(yōu)化，需要再學習下dyld加載的過程，根據(jù)Apple在WWDC上的介紹，dyld的加載主要分為4步：

1. Load dylibs

這一階段dyld會分析應用依賴的dylib，找到其mach-o文件，打開和讀取這些文件并驗證其有效性，接著會找到代碼簽名注冊到內(nèi)核，最后對dylib的每一個segment調(diào)用mmap()。

一般情況下，iOS應用會加載100-400個dylibs，其中大部分是系統(tǒng)庫，這部分dylib的加載系統(tǒng)已經(jīng)做了優(yōu)化。

所以，依賴的dylib越少越好。在這一步，我們可以做的優(yōu)化有：

盡量不使用內(nèi)嵌（embedded）的dylib，加載內(nèi)嵌dylib性能開銷較大

合并已有的dylib和使用靜態(tài)庫（static archives），減少dylib的使用個數(shù)

懶加載dylib，但是要注意dlopen()可能造成一些問題，且實際上懶加載做的工作會更多

2. Rebase/Bind

在dylib的加載過程中，系統(tǒng)為了安全考慮，引入了ASLR（Address Space Layout Randomization）技術(shù)和代碼簽名。由于ASLR的存在，鏡像（Image，包括可執(zhí)行文件、dylib和bundle）會在隨機的地址上加載，和之前指針指向的地址（preferred_address）會有一個偏差（slide），dyld需要修正這個偏差，來指向正確的地址。

Rebase在前，Bind在后，Rebase做的是將鏡像讀入內(nèi)存，修正鏡像內(nèi)部的指針，性能消耗主要在IO。Bind做的是查詢符號表，設置指向鏡像外部的指針，性能消耗主要在CPU計算。

所以，指針數(shù)量越少越好。在這一步，我們可以做的優(yōu)化有：

減少ObjC類（class）、方法（selector）、分類（category）的數(shù)量

減少C++虛函數(shù)的的數(shù)量（創(chuàng)建虛函數(shù)表有開銷）

使用Swift structs（內(nèi)部做了優(yōu)化，符號數(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會注冊所有聲明過的ObjC類，將分類插入到類的方法列表里，再檢查每個selector的唯一性。

在這一步倒沒什么優(yōu)化可做的，Rebase/Bind階段優(yōu)化好了，這一步的耗時也會減少。

4. Initializers

到了這一階段，dyld開始運行程序的初始化函數(shù)，調(diào)用每個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)），和創(chuàng)建非基本類型的C++靜態(tài)全局變量。Initializers階段執(zhí)行完后，dyld開始調(diào)用main()函數(shù)。

在這一步，我們可以做的優(yōu)化有：

少在類的+load方法里做事情，盡量把這些事情推遲到+initiailize

減少構(gòu)造器函數(shù)個數(shù)，在構(gòu)造器函數(shù)里少做些事情

減少C++靜態(tài)全局變量的個數(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，我們會創(chuàng)建應用的window，指定其rootViewController，調(diào)用window的makeKeyAndVisible方法讓其可見。由于業(yè)務需要，我們會初始化各個二方/三方庫，設置系統(tǒng)UI風格，檢查是否需要顯示引導頁、是否需要登錄、是否有新版本等，由于歷史原因，這里的代碼容易變得比較龐大，啟動耗時難以控制。

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

梳理各個二方/三方庫，找到可以延遲加載的庫，做延遲加載處理，比如放到首頁控制器的viewDidAppear方法里。

梳理業(yè)務邏輯，把可以延遲執(zhí)行的邏輯，做延遲執(zhí)行處理。比如檢查新版本、注冊推送通知等邏輯。

避免復雜/多余的計算。

避免在首頁控制器的viewDidLoad和viewWillAppear做太多事情，這2個方法執(zhí)行完，首頁控制器才能顯示，部分可以延遲創(chuàng)建的視圖應做延遲創(chuàng)建/懶加載處理。

采用性能更好的API。

首頁控制器用純代碼方式來構(gòu)建。

阿里數(shù)據(jù)iOS端優(yōu)化實踐

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

1. pre-main階段的優(yōu)化

1.1. 排查無用的dylib，移除不再使用的libicucore.tbd

1.2. 刪除無用文件&庫，合并重復文件（多個重復的分類）。移除不再使用的庫UMSocial、PSTCollectionView、MCSwipeTableViewCell，移除功能重復的庫Mantle。

1.3. 梳理各個類的+load方法，將多個類中+load方法做的事延遲到+initiailize里去做。

優(yōu)化前pre-main階段耗時:

優(yōu)化前pre-main階段耗時.png

優(yōu)化后pre-main階段耗時：

優(yōu)化后pre-main階段耗時.png

測試環(huán)境：Xcode8.3.3 iOS10.2的模擬器，熱啟動。

備注：測試發(fā)現(xiàn)，pre-main階段耗時有一定波動，冷啟動時波動更大，這里截圖貼的是一個中位數(shù)水平。

可以看到熱啟動下，pre-main階段耗時有一定下降。

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)之前會故意讓啟動圖多顯示100ms，不知道是什么邏輯...

2.2. 將多個二方/三方庫延遲加載。包括TBCrashReporter、TBAccsSDK、UT、TRemoteDebugger、ATSDK等。

2.3. 將若干系統(tǒng)UI配置、業(yè)務邏輯延遲執(zhí)行。包括注冊推送、檢查新版本、更新Orange配置等。

2.4. 避免多余的計算。之前會前后兩次獲取是否要顯示廣告圖，每次獲取都需要反序列化Orange中的配置信息，再比較配置中的開始/結(jié)束時間，大約耗時20ms。目前的解決方案是第一次計算后，用一個BOOL屬性緩存起來，下次直接取用。

2.5. 延遲加載&懶加載部分視圖?？旖菝艽a驗證頁是啟動圖消失后用戶看到的第一個頁面，這個頁面由于涉及到圖片的解碼、多個視圖的創(chuàng)建&布局，viewDidLoad階段會耗時100ms左右。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，對密碼錯誤提示視圖做成懶加載，耗時降低到30m左右。

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

啟動耗時..png

其中目前耗時最多的是快捷密碼驗證頁（PAPasscodeViewController）的創(chuàng)建&布局，其次是DTLaunchViewControlle里對是否要顯示廣告頁的判斷代碼。可以看到PAPasscodeViewController的viewDidAppear耗時了78ms，但已經(jīng)沒有太大關(guān)系，此時用戶已經(jīng)看到了頁面，準備去驗證指紋/密碼了。

總結(jié)&后續(xù)規(guī)劃

1. 總結(jié)

總結(jié)起來，好像啟動速度優(yōu)化就一句話：讓系統(tǒng)在啟動期間少做一些事。當然我們得先清楚工程里做的哪些事是在啟動期間做的、對啟動速度的影響有多大，然后case by case地分析工程代碼，通過放到子線程、延遲加載、懶加載等方式讓系統(tǒng)在啟動期間更輕松些。

2. 后續(xù)規(guī)劃

2.1. 替代部分龐大的庫，采用更輕量級的解決方案。

2.2. 整理代碼，去除重復的實現(xiàn)，避免出現(xiàn)功能重復的類&分類&方法。

2.3. 梳理和移除已經(jīng)下線的業(yè)務涉及的類&分類&方法。

2.4. 監(jiān)控好灰度版本啟動速度的變化趨勢，盡早發(fā)現(xiàn)&解決拖慢啟動速度的問題。

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