优化应用的启动时间(实践篇)

上一篇笔记记录了 session 的理论部分,这里接着记录实践部分。

重述

简要地捋一下应用启动的过程:首先是 dyld 解析得到所需的共享库,然后将库映射到应用的地址空间里面,通过 rebasing 和 binding 修正函数和数据指针的地址,接着注册 ObjC 的类、调用所有的 initializers,最后才是调用 main() 函数。

测量

应用的启动的方式有两种——冷启动和热启动:前者是启动应用时没有任何数据被内核缓存,比如说重启设备后再打开应用就是冷启动;后者在启动时已经有数据被缓存,尽管你能退出这个应用,但是内核还是不一定会清除掉缓存。

要想测量调用 main() 函数之前的所耗费的时间,用我先前写的 TICK TOCK 这两个宏是不可能的。但是在 Xcode 中,可以添加一个环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS

DYLD_PRINT_STATISTICS.png

那么在启动的时候就能看动态库加载、rebase/binding 等等各部分的时间(Xcode 8,iOS 10 环境下):

pre_main_comsuming_hot.png
pre_main_comsuming_cold.png

提升

Dylib Loading

  • 因为系统中的 dylibs 的数据都是经过 pre-calculate 的,在加载的时候会特别的快(不太清楚这一点,找不到相关资料)。而使用内嵌到 App Bundle 的 dylib 的开销很高,而且 App Store 似乎不允许这么做;
  • 合并一些动态库以减少数量,异或考虑使用 .a 静态库。而实际中前者几乎是不可行的,合并一些静态库还是可以的;
  • 使用 dlopen() 加载 dylib,不过这也只是把一些工作延后而已,而且还可能会有其他的问题。

Rebas/Binding

  • 减少 __DATA segment 中的数据指针,类似下面这种:
data_pointer.png
  • 减少 ObjC 的元数据(class, categories, selector);
  • 减少 C++ 虚函数;
  • Swift 的结构体使用更少需要被修正的指针数据,所以尽量使用 Swift;(现在还不是很了解 Swift 😢)。

ObjC Setup

  • 启动时 Objc runtime 要注册 class 和 cacategory,开发的时候注意下别弄冗余的类就行了;
  • 接下来更新 Non-fragile ivars 的偏移量,响应地就减少一点实例变量;
  • 关于 Selector Uniquing, [objc explain]: Selector uniquing in the dyld shared cache 里面有说到这是 Objective-C 启动开销比较大的一块,方法少一点就快一点。
  • 感觉对于 ObjC Setup 的这一块没多少可优化的。

Initializers

Initializers 分为显式的和隐式的,这些都会在启动的时候被调用。我觉得这一块才是实际开发中值得注意的一部分:
对于显式的 initializers:

  • 使用 +initialize 而不是 +load。前者在类接收到第一个发送给它的消息之前,后者这是在类被注册的时候。
  • 减少使用 __attribute__((constructor)) 修饰的函数,这些函数会在 ObjC Setup 阶段完之后调用。如果只是想执行一次这个函数,用 dispatch_once(), pthread_once(), std::once() 这些 site initializers 代替它会比较好,一是将工作放到了启动之后,二是系统对 dispatch_once() 有优化。另外要写 C++ 跨平台的代码就用 std::once() 吧。

对于隐式的 initializers:

  • C++ 中那些 static non-trivial constructors 可以用上面说的 site initializers 代替,或者用 Swift 重写;
  • 不要在 initializers 中调用 dlopen(),也不要创建线程;

总结

在调用 main() 函数之前,我觉得能做的、对性能提升比较大的是在 initializers 这一块。类、实例变量等等的数目对启动的影响不大。而在进入 -application:didFinishLaunchingWithOptions: 之后,将一些不是必须在主线程进行的 IO 或计算任务放到低优先级的子线程中执行比较好,这样可以尽快的返回。

话说,site initializers 是什么意思啊,Google 了半天没找着……😢

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