iOS启动优化

希望总结项目中的启动优化,详细学习iOS启动流程

1. 想要对App进行启动优化需要优先了解App的启动时间,和个个启动过程中的时间占比(主要讲解Pre-main之前的过程)

• Xcode 13.0 beta / iOS 15.0之前比较方便我们可以在 Xcode 中配置环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS 为 1（Edit Scheme → Run → Arguments → Environment Variables → +）。

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• Xcode 13.0 beta / iOS 15.0之后这个方法失效了苹果推荐我们使用instrument工具进行监测

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2. 了解了方法后我们可以通过打印看到我们每个过程消耗的时间,此处有几个关键指标

• dylib loading (动态库加载)

• rebase/binding (偏移修正/符号绑定)

rebase（偏移修正）:任何一个app生成的二进制文件，在二进制文件内部所有的方法、函数调用，都有一个地址，这个地址是在当前二进制文件中的偏移地址。一旦在运行时刻（即运行到内存中），每次系统都会随机分配一个ASLR（Address Space Layout Randomization，地址空间布局随机化）地址值（是一个安全机制，会分配一个随机的数值，插入在二进制文件的开头），例如，二进制文件中有一个 test方法，偏移值是0x0001，而随机分配的ASLR是0x1f00，如果想访问test方法，其内存地址（即真实地址）变为 ASLR+偏移值 = 运行时确定的内存地址（即0x1f00+0x0001 = 0x1f01）

• Objc setup (Objc相关类的注册,selector唯一性检查)

dyld调用的objc_init方法，这个是runtime的初始化方法，在这个方法里面主要的操作就是加载类（对需要的class和category进行注册),objc_init方法通过内部的_dyld_objc_notify_register向dyld注册了一个通知事件，当有新的image（程序中对应实例可简称为image，如程序可执行文件macho，Framework，bundle等）加载到内存的时候，就会触发load_images方法，这个方法里面就是加载对应image里面的类，并调用load方法（在下一阶段initializer),如果有继承的类，那么会先调用父类的load方法，然后调用子类的，但是在load里面不能调用[super load]。最后才是调用category的load方法。总之，所有的load都会被调用到（注意：子类的initialize方法会覆盖父类，不同于load方法）

• initializer (初始化执行load方法,创建静态全局变量等)

3. 介绍几个概念

1.Mach-O文件
Apple出品的操作系统的可执行文件格式几乎都是mach-o，iOS当然也不例外。
mach-o可以大致的分为三部分：

• Header 头部，包含可以执行的CPU架构，比如x86,arm64
• Load commands 加载命令，包含文件的组织架构和在虚拟内存中的布局方式
• Data，数据，包含load commands中需要的各个段(segment)的数据，每一个Segment都得大小是Page的整数倍。

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2.Virtual Memory
虚拟内存是建立在物理内存和进程之间的中间层。在iOS上，当内存不足的时候，会尝试释放那些只读的Page，因为只读的Page在下次被访问的时候，可以再从磁盘读取。如果没有可用内存，会通知在后台的App（也就是在这个时候收到了memory warning），如果在这之后仍然没有可用内存，则会杀死在后台的App。

• 虚拟内存是在物理内存上建立的一个逻辑地址空间，它向上（应用）提供了一个连续的逻辑地址空间，向下隐藏了物理内存的细节。
• 虚拟内存使得逻辑地址可以没有实际的物理地址，也可以让多个逻辑地址对应到一个物理地址。
• 虚拟内存被划分为一个个大小相同的Page（64位系统上是16KB），提高管理和读写的效率。 Page又分为只读和读写的Page。

3.Page fault
在应用执行的时候，它被分配的逻辑地址空间都是可以访问的，当应用访问一个逻辑Page，而在对应的物理内存中并不存在的时候，这时候就发生了一次Page fault。当Page fault发生的时候，会中断当前的程序，在物理内存中寻找一个可用的Page，然后从磁盘中读取数据到物理内存，接着继续执行当前程序。

4.改善APP的启动

-在 dylib loading的过程中，会去装载app使用的动态库，而每一个动态库有它自己的依赖关系，所以会消耗时间去查找和读取,Apple官方建议尽量少的使用自定义的动态库，或者考虑合并多个动态库，其中一个建议是当大于6个的时候，则需要考虑合并它们。简单的举个例子比如使用cocoapods管理的多个自定义的UI组件可以合并成一个自己的UIKIT,同时也建议动态库转静态库

-减少+load的方法使用,+load方法中尽量少做耗时操作,+load中代码延迟到 main 之后子线程处理或者首页显示之后；改为 initialize 中执行，针对 initialize 中处理需要注意的是分类 initialize 会覆盖主类 initialize 以及有子类后 initialize 执行多次的问题，需要使用 dispatch_once 来保证代码只执行一次;

-二进制重排要实现符号的重排，一是需要我们收集整个启动链路上的方法和函数等符号，二是需要生成对应的 order 文件来配置 ld 中的 Order File 属性。当工程在编译的时候，Xcode 会读取这个 order 文件，在链接过程中会根据这个文件中的符号顺序来生成对应的 MachO。一般业界中收集符号的方案有两种：
1.Hook objc_msgSend，只能拿到 OC 以及 swift @objc dynamic 的符号；
2.Clang 插桩，能完美拿到 OC、C/C++、Swift、Block 的符号；
第二种方法实现成本较高
采用第一种方法在编译完成后通过验证 LinkMap 文件中 #Symbols: 部分符号顺序是否和 order 文件中的符号顺序一致来确定是否配置成功即可