iOS底层原理 - 性能优化 之 启动优化

面试题引发的思考:

Q: APP的启动类型?

  • 冷启动(Cold Launch):从零开始启动APP,是主要优化方向;
  • 热启动(Warm Launch):APP已经在内存中,在后台存活着,再次点击图标启动APP。

Q: 冷启动的三大阶段?

  • dyld(动态链接器dynamic link editor)
    APP的启动由dyld主导,将可执行文件加载到内存,顺便加载所有依赖的动态库;
  • Runtime
    由Runtime负责加载成objc定义的结构;
  • main函数
    所有初始化工作结束后,dyld就会调用main函数;接下来就是UIApplicationMain函数,AppDelegateapplication:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

Q: 冷启动优化方案?

  • dyld:
    清理不必要的动态库;
    清理不必要的类、分类、方法;
    减少C++虚函数数量;
    Swift尽量使用struct
  • Runtime:
    +initialize方法和dispatch_once取代所有的__attribute__((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load方法。
  • main:
    在不影响用户体验的前提下,尽可能将一些操作延迟,不要全部都放在didFinishLaunchingWithOptions方法中,也就是按需加载。

1. 启动类型

APP的启动可以分为2种:

  • 冷启动(Cold Launch):从零开始启动APP,是主要优化方向;
  • 热启动(Warm Launch):APP已经在内存中,在后台存活着,再次点击图标启动APP。

通过添加环境变量可以打印出APP的启动时间分析,点击Edit scheme -> Run -> Arguments,给Environment Variables添加一个DYLD_PRINT_STATISTICS,并且把Value设置为1,如下图:

启动时间打印设置
打印结果

如果需要更详细的信息,那就将DYLD_PRINT_STATISTICS改为DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS,并且Value也是设置为1,如下图:

启动时间详情打印设置
打印结果

一般总时间在400ms以内都是比较正常的,如果大于400ms就可以优化了。


2. 冷启动

(0) 冷启动的三大阶段

  • dyld
  • Runtime
  • main函数
APP的冷启动

(1) dyld

  • dyld(dynamic link editor),是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动态链接器会装载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。

Q: 什么是可执行文件?

创建一个的Demo项目,项目Products -> Demo.app -> 右键Show in Finder -> Demo.app -> 右键显示包内容 -> Unix可执行文件。

这个Unix可执行文件,是一个Mach-O格式的可执行文件,包含所有编写的代码。

注意:项目没编译的时候上面的Demo.app是红色的,并且右键Show in Finder也没东西,编译之后才会多一个Demo.app的包。

Demo.app包内容

但是我们项目开发中也会依赖一些动态库,比如UIKit、Foundation,这些动态库都不是包含在可执行文件里面的,可执行文件里面只有一些依赖信息,比如这个项目依赖哪些动态库,一个动态库也可能依赖另一个动态库。

在dyld阶段,dyld动态链接器会装载可执行文件,以及检查可执行文件依赖哪些动态库,并加载那些动态库,一个动态库也可能依赖另一个动态库,dyld动态链接器就是这样一个一个检查,递归查找,直到装载完所有的动态库到内存中。

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。


(2) Runtime

启动APP时,Runtime所做的事情有:

  • 调用map_images函数进行可执行文件内容的解析和处理;
  • load_images函数中调用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(ClassProtocolSelectorIMP,…)都已经按格式成功加载到内存中,被Runtime所管理.

可能你对map_images函数比较熟悉,我们在以前看_objc_init源码的时候接触过这个函数,如下:

_objc_init源码

(3) main

  • 所有初始化工作结束后,dyld就会调用main函数;
  • 接下来就是UIApplicationMain函数,AppDelegateapplication:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

(4) 总结

APP的冷启动阶段如下:

  • dyld:
    APP的启动由dyld主导,将可执行文件加载到内存,顺便加载所有依赖的动态库;
  • Runtime:
    并由Runtime负责加载成objc定义的结构;
  • main函数:
    所有初始化工作结束后,dyld就会调用main函数;接下来就是UIApplicationMain函数,AppDelegateapplication:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

3. 冷启动优化

按照不同的阶段:

  • dyld:
    减少动态库、合并一些动态库(定期清理不必要的动态库);
    减少Objc类、分类的数量、减少Selector数量(定期清理不必要的类、分类);
    减少C++虚函数数量(因为一旦有虚函数就要多维护一张虚表,有虚表的话冷启动的时候就要多耗费一点时间);
    Swift尽量使用struct(因为加载类的时候也耗费时间)。

  • Runtime:
    +initialize方法和dispatch_once取代所有的__attribute__((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load方法。

  • main:
    在不影响用户体验的前提下,尽可能将一些操作延迟,不要全部都放在didFinishLaunchingWithOptions方法中,也就是按需加载。

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