App启动优化 - 实践二

概要：

• 什么是启动？
• 如何测量启动？
• 使用Instruments分析启动
• 跟踪启动的进度

一、启动的重要性

• 影响用户的体验
• 表明代码的整体性能
• 影响系统性能和电池

二、启动类型

• 冷启动（Cold）
  当重启设备或App长时间未启动（App不在内存中）时，则会发生冷启动。
  为了启动App，需要将它从磁盘读入内存，启动支持App的系统服务，然后生成App的进程。
• 热启动（Warm）
  当App发生一次启动之后，再次启动就是热启动。此时App程序部分在内存中。
• 继续运行（Resume）
  当App从主屏幕，或App切换器重新进入自己的App时，则发生这种情况。此时App程序完全在内存中。

冷启动、热启动、运行之间的区别：

三、启动过程

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这六个过程包含了从系统初始化到App初始化，再到视图创建和布局，若App有需要，还可能会有一个扩展阶段，用于数据的异步加载。

（一）System Interface

第一阶段System Interface的前半部是DYLD3 ,关于DYLD3可以参考资料 App Startup Time: Past, Present, and Future

• 静态链接器会加载App的共享库和框架；
• 为热启动缓存运行时的依赖项；

第一阶段System Interface的后半部是libSystem Init。在App中初始化底层系统组件的时候，现在这主要是系统方面的工作，有固定的消耗。因此我们不需要关注这一部分。

优化建议：

• 避免链接未使用的框架；
• 避免在启动期间加载动态库；
  例如：dlopen()、或NSBundle、或load()，因为这样会损失在缓存中建立的那些优势
• 硬链接所有的依赖；

（二）Static Runtime Initialization

第二阶段是静态运行时初始化，该阶段主要完成以下工作：

• 系统初始化Objective-C和Swift语言运行时；
• 调用所有类的静态加载方法；

一般而言我们的App不应该在这里做任何工作，除非我们的程序中存在静态初始化方法，或者我们链接的框架带来的。通常不建议静态初始化。

优化建议：

• 暴露框架中的初始化API；
• 避免使用+[Class load]方法，减少对启动的影响；
• 使用+[Class initialize]方法延迟静态初始化；
  如果程序中有一个使用静态初始化的框架，则要考虑暴露API来尽早初始化我们的栈。如果必须要使用静态初始化，请考虑将代码移出+[Class load]。因为+load方法在App启动期间总会被调用。我们可以在类中第一次使用方法时来延迟调用。

（三） UIKit Initialization

第三阶段是UIKit初始化，该阶段的工作如下：

• 系统初始化UIApplication和UIApplicationDelegate；
• 开始事件的处理和系统的集成；

该阶段是系统初始化程序UIApplication和UIApplicationDelegate的时候。在大多数情况下，这是系统的工作，设置事件处理和系统的集成。如果我们在子类UIApplication，或者在UIApplicationDelegate初始化程序中做其他工作，仍然会影响这一阶段。

优化建议：

• 减少在子类UIApplication中工作；
• 减少在UIApplicationDelegate初始化中的工作；

（四）Application Initialization

第四阶段是App初始化，最重要的东西都在这里，该阶段的工作如下：

• 调用UIApplicationDelegate的App生命周期回调；

这是作为开发者能够对App启动产生重大影响的地方。如果我们的App还没有采用UISceneAPI，或针对iOS 12及更早版本的用户来说，App初始化仍然可以用这些回调方法。

application:willFinishLaunchingWithOptions:
application:didFinishLaunchingWithOptions:

• 调用UIApplicationDelegate的UI生命周期回调；

当App展示给用户时，将会进一步调用下面的方法。

applicationDidBecomeActive:

• 为每个场景调用UISceneDelegate的UI生命周期回调

当我们的App没有采用UISceneAPI时，我们应该在application:didFinishLaunchingWithOptions:方法中创建视图控制器。当使用UIScene时，App初始化的工作方式略有不同。我们仍然可以获得application:willFinishLaunchingWithOptions:和application:didFinishLaunchingWithOptions:方法，但是当App展示给用户时，我们将获得UISceneDelegate生命周期回调。

scene:willConnectToSession:options:
sceneWillEnterForeground:
sceneDidBecomeActive:

优化建议：

• 推迟无关的工作；
  但没必要提交你的第一帧，可以通过将其推送到后台队列，或者稍后再完全执行。
• 在场景之间共享资源；
  如果我们的App采用了UIScene，要确保在场景之间共享资源。这样做是为了减少多次不必要地进行一些工作的开销。

（五） Frame Render

第五阶段是第一帧渲染，这个阶段相对简单，该阶段的工作如下：

• 创建视图，执行布局，绘制视图；

loadView 
viewDidLoad 
layoutSubviews

• 提交和渲染第一帧；

优化建议：

• 展平视图层次结构和延迟加载视图；
  我们可以减少层次结构中的视图数量来影响次阶段。也可以通过展平视图来减少使用，或延迟加载在启动期间未显示的视图来实现。
• 优化自动布局的使用；
  查看自动布局，减少正在使用的约束数量；

（六）Extended

第六阶段是扩展，该阶段的工作如下：

• 第一帧后App特定时间段；
• 显示异步加载的数据；
• 应用程序应具有交互性和响应性；

这是从我们第一次提交到向用户显示最后帧的App特定时间段。这是当我们加载异步数据时。其实不是每个App都有这个阶段。如果我们App有这个阶段，那么我们的App应该具有交互性和响应性。

优化建议：

• 利用os_signpost衡量工作；
  当我们的应用确实有这个阶段时，我们需要了解正在发生什么，并且可以通过利用os_signpostApi来标记和衡量在这两个时期发生的工作。

四、如何正确测量启动

（一） 一致性

• 消除差异来源以产生更一致的结果
• 可能导致启动时间不具有代表性
• 使用一致的结果评估进度

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（二）在一个干净一致的环境中测试

通过以下方法，可以保证创建一个干净一致的测试环境：

• 重启设备，并让系统休眠2-3分钟；

重启设备可以清除不必要的状态，让系统休眠2-3分钟，来清除任何启动时间工作。

• 打开飞行模式，或模拟网络；

减少对网络的依赖。因为网络会引入相当多的差异。

• 使用不变的iCloud帐户和数据，或完全注销iCloud帐户；

iCloud在后台运行。这回干扰App的启动。

• 使用应用的发布版本；

这是为了减少测量期间不必需要的调试代码的开销，并利用编译时优化。

• 测量热启动；

这是因为它们更加一致，因为某些App可能已经在内存中，并且其中一些系统端服务可能已在运行。

（三）用具有代表性数据进行测试

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（四）测试较新和较旧的设备

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（五）使用XCTest测量启动

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在任何给定的时间，iOS设备都处于各种不同的状态和情况下，这可能会在启动时引起很大的差异。因此当我们分析和比较启动结果时，确保我们进行"Apple - To - App le"的比较是至关重要的。因为如果在进行任何更改之前，你的启动结果完全不可预测。我们如何知道自己是否取得了进展呢？使其可预测的第一步是消除这些差异的来源，例如网络干扰，后台进程中的干扰。现在我们意识到这听起来有悖常理，因为这可能会导致启动不能完全代表常规使用。但这没有关系，拥有一致的结果可以评估很好地进展，这一点尤为重要。在Apple中一直只用这种技术，在开发过程中成功检测回归，并缩短启动时间。然后通过使用在实际情况中收集的遥测数据来验证这些性能的改进。

五、如何优化启动

当我们在代码和工具中查看App的启动时，我们应该记住以下三个提示和技巧：

（一）最小化你的工作

• 推迟与第一帧无关的工作；
  推迟未显示的视图，或尚未使用的预加热功能等内容。

• 避免阻塞主线程；
  比如网络I/O，文件I/O或其他。这些都会影响启动，可以将其移动到后台线程。

• 减少内存的使用；
  分配和操作内存可能需要时间。

（二）优先考虑你的工作

• 为任务分配正确的QoS;
• 利用调度程序优化来App启动；
• 使用正确的原语保证优先级；
  Modernizing Grand Central Dispatch Usage

（三）优化你的工作

• 简化或限制现有工作
  例如限制仅在启动期间获取所需数据的数据量，或者懒计算所需的任何变量和结果
• 优化算法和数据结构
• 缓存资源和计算
  我们应该缓存资源和复杂的功能，减少CPU和内存开销。

六、跟踪启动的进度

• 使用Xcode Organizer监视用户的启动；

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• 采用MetricKit获取更多的统计信息；

七、参考资料

• Optimizing App Launch