iOS 冷启动

iOS 冷启动分为几个阶段，每个阶段的的过程是什么

冷启动的过程定义为：从用户点击 App 图标开始到 appDelegate didFinishLaunching 方法执行完成为止。然后 di dFinishLaunchingWithOptions 执行完成时，用户还没看到 App 的主界面，也不能使用 App，此时 App 还需要做一些初始化工作，然后完成首页请求、首页渲染等过程，用户才能真正看到数据内容并开始使用，这个时候冷启动才算完成。因此主要分为三个阶段：

• Premain T1: main() 函数之前，即操作系统加载 App 可执行文件到内存，然后执行一系列的加载、链接工作，最后执行至 App 的 main() 函数
• Aftermain T2：main() 函数之后，即从 main() 开始，到 appDelegate didFinishLaunching 方法执行完毕
• 到用户看到主界面 T3 db061a267f6dc2b14ff7f9120020a5c261253.png

Premain 阶段 T1

main() 之前操作系统所做的工作是把可执行文件( Mach-O 格式)加载到内存空间，然后加载动态链接器(dyld) ，再执行一系列动态链接操作和初始化操作的过程（加载、绑定、初始化方法）。加载过程--从 exec() 到 main()

真正的加载过程从 exec() 函数开始，exec() 是一个系统调用。操作系统首先为进程分配一段内存空间，然后执行如下操作：

1. 把 App 对应的可执行文件( Mach-O 格式)加载到内存
2. 把 Dyld 加载到内存
3. Dyld 进行动态链接

dyld 在各个阶段所做的事情如下

阶段	工作
加载动态库	dyld 从主执行文件的 header 获取到需要加载的所依赖的动态库列表，然后找到每个 dylib，而 dylib 也可能依赖其他 dylib，所以这是一个递归加载依赖的过程
Rebase 和 Bind	1. Rebase 在 Image 内部调整指针的指向。由于地址空间布局是随机的，需要在原来地址的基础上根据随机的偏移量做一下修正 2. Bind 把指针正确的指向 Image 外部的内容。这些指向外部的指针被符号绑定，dyld 需要去符号表里查找，找到 symbol 对应的实现
Objc setup	1. 注册 Objc 类 2. 把 category 的定义插入方法列表 3. 保证每个 selector 唯一
Initializers	1. Objc 的 +load 函数 2. C++ 构造函数属性函数 3. 非基本类型的 C++ 静态全局变量的创建（通常是类或结构体）

备注：image 表示一个二进制文件（可执行文件或 so 文件），里面是被编译过的符号、代码等，所以 ImageLoader 作用是将这些文件加载进内存，并且每一个文件对应一个 ImageLoader 实例来负责加载

整个事件由 dyld 主导，完成运行环境的初始化后，配合 imageLoader 将二进制文件按格式加载到内存，动态链接依赖库，并由 runtime 负责加载成 objc 定义的结构，所有初始化工作结束后，dyld 调用真正的 main 函数。因此影响 T1 时间的因素：

1. 动态库越多，启动越慢
2. Objc 类、方法越多，启动越慢
3. Objc 的 +load 越多，启动越慢

代码瘦身

因此随着业务的迭代，要及时将废弃无用的代码和资源文件清理掉。Match-O 文件中，___TEXT:__objc_methname: 中包含了代码中的所有方法，而 __DATA__objc_selrefs 中包含了所有被使用的方法的引用，通过两个集合的差集就可以得到所有未被使用的代码（参考自 objc_cover)，具体如下：

def referenced_selectors(path):
    re_sel = re.compile("__TEXT:__objc_methname:(.+)") //获取所有方法
    refs = set()
    lines = os.popen("/usr/bin/otool -v -s __DATA __objc_selrefs %s" % path).readlines() ## ios & mac //真正被使用的方法
    for line in lines:
        results = re_sel.findall(line)
        if results:
            refs.add(results[0])
    return refs
}

+ load 优化

过多的 +load 方法会拖慢启动速度。具体优化方法

1. 如果可能的话，将 +load 方法中的内容放到渲染完成后做

2. 使用 +initialize 方法代替 +load ，注意把逻辑移动到 +initialize 时，要注意避免 +initialize 重复调用问题，可以使用 dispatch_once 让逻辑只执行一次

   备注：+load 与 +initialize 的区别

   +load 方法会在 main() 函数之前调用，而 +initialize 是在类第一次使用时才会调用

   +load 方法调用优先级：父类>子类>分类，并且不会被覆盖，均会调用

   +initialize 调用优先级：分类>父类，父类>子类，父类的分类重写了 +initialize 方法会覆盖父类的 +initialize 方法。即：1. 如果分类和父类均实现了 +initialize，则只有分类的 +initialize 会被调用；2. 如果父类和子类均实现了 +initialize，第一次引用 子类时，先调用父类的 +initialize，再调用子类的 +initialize；3. 如果父类实现了 +initialize，则第一次引用子类时，会调用两次父类的 +initialize

   +load 方法在 main() 函数之前调用，所有的类文件都会加载，分类也会加载

3. 合并多个动态库

   苹果建议使用更少的动态库

4. 优化类、方法、全局变量

after main 优化

1. 优化首屏渲染前的功能初始化

   main 函数执行后到首屏渲染完成前，只处理首屏渲染相关业务。首屏渲染外的其他功能放到首屏渲染完成后去初始化

2. 优化主线程耗时操作，防止屏幕卡顿

   将耗时操作滞后、异步处理。通常的耗时操作有网络加载、编辑、存储图片和文件资源

优化耗时操作

可以使用 Xcode 自带的 Time Profiler 时间性能分析工具，可以参考 Instruments Tutorial with Swift: Getting Started

冷启动开始、结束时间点

• 结束时间点：结束时间点比较好确定，可以将首页某些视图元素的展示作为首页加载完成的标志

• 开始时间点：

  1. 以可执行文件中任意一个类的 +load 方法的执行时间为起始点
  2. 可以以 App 的进程创建时间即（exec 函数执行时间）作为冷启动的起始时间。因为系统允许我们通过 sysctl 函数获得进程的有关信息，其中就包括进程创建的时间戳

  #import <sys/sysctl.h>
  #import <mach/mach.h>
  
  + (BOOL)processInfoForPID:(int)pid procInfo:(struct kinfo_proc*)procInfo
  {
      int cmd[4] = {CTL_KERN, KERN_PROC, KERN_PROC_PID, pid};
      size_t size = sizeof(*procInfo);
      return sysctl(cmd, sizeof(cmd)/sizeof(*cmd), procInfo, &size, NULL, 0) == 0;
  }
  
  + (NSTimeInterval)processStartTime
  {
      struct kinfo_proc kProcInfo;
      if ([self processInfoForPID:[[NSProcessInfo processInfo] processIdentifier] procInfo:&kProcInfo]) {
          return kProcInfo.kp_proc.p_un.__p_starttime.tv_sec * 1000.0 + kProcInfo.kp_proc.p_un.__p_starttime.tv_usec / 1000.0;
      } else {
          NSAssert(NO, @"无法取得进程的信息");
          return 0;
      }
  }
  

关于 +load 方法的几个 QA

1. 重载自己 class 的 +load 方法时需不需要调用父类？

   runtime 负责按继承顺序递归调用，所以我们不能调用 super

2. 在自己 Class 的 +load 方法时能不能替换 framework 中的某个类方法的实现？

   可以，因为动态链接过程中，所有依赖库加载完毕后，才会注册 Objc 类

3. 想让一个类的 +load 方法被调用是否需要在某个地方 import 这额文件？

   不需要，只要这个类的符号被编译到最后的可执行文件中，+load 方法就会被调用

Match-O 文件

对于 OSX 和 iOS 来说，Match-O 是可执行文件的格式，主要包括以下几种类型

• Executable： 应用的主要二进制文件
• Dylib：动态链接库
• Bundle：不能被链接，只能在运行时使用 dlopen 加载
• Image：包含 Execuable、Dylib、Bundle
• Framework: 包含Dylib、资源文件、头文件

Match-O 文件都包含 3 个段：

• __TEXT: 包含 Match header，被执行的代码和只读常量（如 C 字符串），只读可执行
• __DATA: 包含全局变量、静态变量，可读可写
• __LINKEDIT: 包含加载程序的元数据，如函数的名称、地址，只读

iOS Runtime 是什么

Objective-C 扩展了 C 语言，并加入了面向对象特性和消息传递机制，而这个扩展的核心是一个用 C 和编译语言写的 Runtime 库。 Runtime 库使我们可以在程序运行时动态的创建对象、检查对象、修改类和对象的方法。

参考

1. 美团外卖iOS App冷启动治理
2. iOS App启动的奥秘
3. 深入理解iOS App的启动过程
4. iOS——App启动优化分析与总结
5. iOS启动优化
6. iOS 程序 main 函数之前发生了什么