iOS App启动流程优化

源代码 · 2024-9-18 04:18:03

iOS App的启动流程可以分成两个阶段 pre-main阶段和main阶段。
pre-main阶段

体系将App的可实行文件（Mach-O文件）和dyld加载到内存，由dyld举办法态链接。

设置相干情况变量

根据情况变量设置相应的值以及获取当前运行架构。比方设置情况变量打印启动流程耗时： DYLD_PRINT_STATISTICS和DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS。
加载共享缓存库

加载动态共享缓存库到动态库共享缓存区，比方UIKit、CoreFoundation等官方库。
加载动态库

把全部的可实行文件所依赖的动态库递归加载到内存中。
rebase和binding

iOS接纳ASLR技能（地点空间结构随机化），加载App的内存地点是随机的，rebase会根据随机的偏移量对原来的地点做重定向。
binding举行符号绑定。指向image外部动态库的指针被符号（symbol）绑定。dyld必要去符号表里查找，找到对应的实现。
Objc setup
- 注册ObjC类
- 把category的界说插入方法列表
- selector唯一性查抄
initializer
- 调用全部类、分类的+load方法
- 调用__attribute__((constructor))修饰的函数
- 非根本范例的C++静态全局变量的创建（通常是类或结构体）

map_images与load_images
map_images : dyld 将 image 加载进内存时 , 会触发该函数.
load_images : dyld 初始化 image 会触发该方法. ( 我们所熟知的 load 方法也是在此处调用 ) .
dyld在初始化其他动态库之前，会开始初始化体系库libsystem，运行Runtime。体系库libsystem初始化完成后，就会初始化其他动态库，然后由Runtime调用map_images来读取类、方法、协议以及分类并存储到对应的表中(注意：分类并不是直接存，而是通过attachLists方法把分类的数据添加到类内里)，然后Runtime会继续调用load_images调用全部类的load方法以及分类的load方法，这些都做完之后，通过dyld提供的回调_dyld_objc_notify_register，告诉dyld加载完毕，然后dyld就开始找主步伐的入口main函数，末了进入步伐的main函数。

load方法的调用序次
+load方法是在load_images中调用的。
load方法调用序次为：先处理处罚类，后处理处罚分类；处理处罚类的序次是先父类，后子类
在调用类的load方法时，做了递归处理处罚，会先调用父类的load，然后再调用子类的load，全部类的load方法调用完成后，才会开始处理处罚全部类的分类，分类的处理处罚序次取决于Mach-O头文件，和类的序次没有直接关系。先后序次即：父类->子类->全部类的分类。

pre-main时间统计

iOS10至iOS14，可通过Edit Scheme->Arguments->Environment Variables添加情况变量 DYLD_PRINT_STATISTICS和DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS，value都为YES。
iOS15以上可通过instrument->app launch举行分析。

统计线上用户App启动时间

添加情况变量大概通过app launch，可以在开辟阶段举行分析，那么如安在App发布后，统计线上用户App的启动时间？
实际上，在App冷启动时体系会为App开启一个历程，而这个历程的信息可以通过代码得到，因此可以通过以下代码获取pre-main耗时。同理，只需在application:didFinishLaunchingWithOptions:实行完毕后调用statisticsLaunchTime方法即可得到整个app的启动时间。之后通过日记服务上传，即可统计线上数据。
BOOL getProcessInfo(int pid , 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 statisticsLaunchTime(void){ struct kinfo_proc kProcInfo; if (getProcessInfo([[NSProcessInfo processInfo] processIdentifier],&kProcInfo)) { NSTimeInterval startTime = kProcInfo.kp_proc.p_un.__p_starttime.tv_sec * 1000 + kProcInfo.kp_proc.p_un.__p_starttime.tv_usec / 1000.0; //转为毫秒 NSTimeInterval curTime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970] * 1000; return (curTime - startTime) / 1000.0; } return -1;}int main(int argc, char * argv[]) { NSLog(@"

re Main Launch Time : %.4f", statisticsLaunchTime()); NSString * appDelegateClassName; @autoreleasepool { // Setup code that might create autoreleased objects goes here. appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]); } return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);}main阶段

在pre-main阶段完成之后，dyld 会调用 main() 函数，main() 会调用 UIApplicationMain()，直至application:didFinishLaunchingWithOptions:实行完毕，整个启动流程就完成了。固然从用户体验的角度来说，首屏渲染完成后才算是启动完成。
Mach-O文件格式

可以用MachOView检察Mach-O文件，此中__TEXT segment 包罗可实行代码块和只读数据，__DATA segment是可读可写的。
启动优化思路

pre-main流程优化
- 第三方动态库不宜过多，加载越多的第三方动态库，启动越慢。且由于iOS的沙盒机制，第三方动态库必要接纳嵌入的方式置入app内，并不能镌汰app的体积。
- 代码瘦身，删除无用的代码和资源，镌汰ObjC类以进步ObjC setup的速率。
- 镌汰+load方法。尽量用+initialize大概其他替换实现。
- 镌汰__attribute__((constructor))函数和非根本范例的C++静态全局变量的创建。
main流程优化

main阶段从main函数开始直到application:didFinishLaunchingWithOptions:实行完才竣事。在这个阶段告急做的工作有：初始化设置、启动项注册、rootViewController创建等。优化思路如下：

镌汰耗时利用，假如必须在启动时实行，那么在情况允许的情况下应将其放在并发队列中异步实行，避免壅闭主线程。
镌汰IO利用，如大图的读取等，从磁盘读取数据会淹灭大量时间。
对启动项举行分类，部分启动项注册可以延后实行。
缓存首页数据

等。

利用App Launch定位耗期间码

Instrument—App Launch，选择必要分析的app，点击左上角按钮就能举行分析。Call Tree发起将 Separate by Thread 和 Hide System Libraries勾选上，分析之后的调用栈会忽略掉体系调用和按线程分别，便于我们分析本身的代码。

此中p_checkServiceFinderDependences是DEBUG情况下检测模块依赖和路由正当性，必要遍历类表，淹灭大量时间。这个方法不会影响主流程，没须要在主线程里运行，故应将其放入并发队列中异步实行。
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ [self p_checkServiceFinderDependences]; });getDeviceUserAgent则是获取User-Agent字符串的过程，这里本身AppConfig就必要初始化一个单例，而getDeviceUserAgent方法内部另有dispatch_once代码，必要淹灭肯定的时间。而且内部必要临时构造一个WKWebView，这就限定了其必须在主线程中实行。但该方法不会影响到后续步调，故放在主队列中异步实行就可。
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ [[AppConfig sharedInstance] getDeviceUserAgent]; });优化之后Main Thread的时间降到1.88s。

启动项注册

随着业务的发展，启动项不免越来越多。假如把启动项的注册都写在一个方法内的话，那将造成代码痴肥。别的差别的启动项的注册机遇并不雷同，部分启动项必要尽早注册（比方crash统计，日记上报，热修复等），部分启动项则可以延后注册（在首屏渲染完成后注册大概利用时才注册）。再有，当把某个启动项对应的功能模块化做成独立的framework之后，每个App利用它都必须写一遍注册方法。
目前我们App的处理处罚方案是：利用plist记载启动项，并利用FBModuleManager对启动项举行管理。FBModuleManager会根据启动项的设置将其分成立即启动和LazyLoad两种。这里就不赘述。

启动项注册

下面将先容另一种启动项管理的思路。
__attribute__((used, section("__DATA,__launch")))实现在编译期间往Mach-O文件写入字段，used防止在release情况下函数被链接器优化掉，section指定写入的位置，此处我们将数据写入__DATA segment下的__launch section。
为了编码方便，我们界说如下宏：
#define LAUNCH_MODULE_EXPORT(module, stage, priority) \static id _LAUNCH_START_##module(void); \__attribute__((used, section("__DATA,__launch"))) \static const struct LAUNCH_MODULE _LAUNCH_MODULE_##module = (struct LAUNCH_MODULE){(char *)&#module, stage, priority, (void *)(&_LAUNCH_START_##module)}; \static id _LAUNCH_START_##module(void) \struct LAUNCH_MODULE { char *module; //模块名 int stage; //注册机遇 int priority; //优先级 id (*startFunc)(void); //启动方法，返回初始化后的模块实例，Nullable};之后我们便可以在模块内部简单地通过如下代码实现自注册，在这里我们注册了一个在preMain阶段的启动项。
LAUNCH_MODULE_EXPORT(TestPreMainModule, FBLaunchStagePreMain, FBLaunchPriorityLow) { return [TestPreMainModule start];}对于启动阶段和实行优先级的罗列如下，同一个启动阶段下，越高的优先级越先实行代码。
typedef NS_ENUM(NSInteger, FBLaunchStage) { FBLaunchStagePreMain = 0, FBLaunchStageWillFinishLaunch = 1, FBLaunchStageDidFinishLaunch = 2, FBLaunchStageWillShowFirstScreen = 3, FBLaunchStageDidShowFirstScreen = 4, FBLaunchStageLazyLoad = 5,};typedef NS_ENUM(NSInteger, FBLaunchPriority) { FBLaunchPriorityLow = 0, FBLaunchPriorityMid = 1, FBLaunchPriorityHigh = 2,};写入的结果如下：

启动项读取

在App启动时，我们必要读取全部的Mach-O文件注册的启动项，关键代码如下：
@interface FBLaunchModule : NSObject@property (nonatomic, strong) NSString *module;@property (nonatomic, assign) FBLaunchStage stage;@property (nonatomic, assign) FBLaunchPriority priority;@property (nonatomic, assign) id(*startMethod)(void);@property (nonatomic, assign) BOOL alreadStart;@property (nonatomic, strong) id moduleInstance;@end- (void)getAllModules { NSString *appName = [[[NSBundle mainBundle] infoDictionary] objectForKey

NSString *)kCFBundleExecutableKey]; NSString *fullAppName = [NSString stringWithFormat

"/%@.app/", appName]; char *fullAppNameC = (char *)[fullAppName UTF8String]; NSMutableArray<FBLaunchModule *> *result = [[NSMutableArray alloc] init]; int num = _dyld_image_count(); for (int i = 0; i < num; i++) { const char *name = _dyld_get_image_name(i); if (strstr(name, fullAppNameC) == NULL) { continue; } const struct mach_header *header = _dyld_get_image_header(i); Dl_info info; dladdr(header, &info); const FBMachOExportValue dliFbase = (FBMachOExportValue)info.dli_fbase; const FBMachOExportSection *section = FBGetSectByNameFromHeader(header, "__DATA", "__launch"); if (section == NULL) continue; int addrOffset = sizeof(struct LAUNCH_MODULE); for (FBMachOExportValue addr = section->offset; addr < section->offset + section->size; addr += addrOffset) { struct LAUNCH_MODULE entry = *(struct LAUNCH_MODULE *)(dliFbase + addr); FBLaunchModule *module = [[FBLaunchModule alloc] init]; module.module = [NSString stringWithCString:entry.module encoding:NSUTF8StringEncoding]; module.stage = entry.stage; module.priority = entry.priority; module.checkFunc = entry.checkFunc; module.startFunc = entry.startFunc; [result addObject:module]; } } _modules = [NSArray arrayWithArray:result];}

启动项实行

我们实现了一个管理类FBLaunchManager，用于同一读取、生存、实行启动项。
@interface FBLaunchManager : NSObject+ (id)sharedInstance;- (void)executeLaunchersForStage

FBLaunchStage)stage;- (id)getModuleByName

NSString *)moduleName;@end实行差别阶段启动项的代码如下：
- (void)executeLaunchersForStage

FBLaunchStage)stage { if (_modules.count == 0) {       return; } NSMutableArray *moduleAry = [NSMutableArray new];       //阶段 for (FBLaunchModule *m in _modules) {       if (m.stage == stage) {          [moduleAry addObject:m];       } }       //优先级 [moduleAry sortUsingComparator:^NSComparisonResult(FBLaunchModule * _Nonnull obj1, FBLaunchModule * _Nonnull obj2) {       return obj1.priority < obj2.priority; }];       for (NSInteger i = 0; i < [moduleAry count]; i++) {       FBLaunchModule *module = moduleAry;       module.moduleInstance = module.startFunc();       module.alreadStart = YES; }}假如一个启动项被声明为FBLaunchStageLazyLoad，那么只有在利用它的时间才初始化，在getModuleByName:中实现了懒加载的逻辑。
- (id)getModuleByNameNSString *)moduleName { for (FBLaunchModule *m in _modules) {       if ([m.module isEqualToString:moduleName]) {          if (m.alreadStart) {             return m.moduleInstance;          }          m.moduleInstance = m.startFunc();          m.alreadStart = YES;          return m.moduleInstance;       } } return nil;}PreMain阶段启动：
__attribute__((constructor)) static void executePreMainLaunchers() { [[FBLaunchManager sharedInstance] executeLaunchersForStage:FBLaunchStagePreMain];}此处之以是利用__attribute__((constructor)) 函数，是由于其会在全部类和分类的+load方法实行完毕后才调用，可以避免因代码实行时序而引起的题目。
雷同地，其他阶段启动的代码也是在相应机遇调用executeLaunchersForStage:方法。
- (BOOL)applicationUIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptionsNSDictionary *)launchOptions { // Override point for customization after application launch.    [[FBLaunchManager sharedInstance] executeLaunchersForStage:FBLaunchStageDidFinishLaunch];       return YES;}

总结

通过这种思路，我们就可以实现组件自注册与分阶段启动，肯定程度上做到模块解耦。必要注意的是，这种注入方式主工程险些是无知觉的，以是必要自注册的组件必须明确本身的启动阶段与启动的须要性。对于非须要的启动项，无需注册大概注册时声明为LazyLoad。
为了安全性思量，可以再getAllModules方法内做一些校验工作，比方模块名正当性检测、同名模块去重等。模块start方法本身也必要做一些检测，好比模块依赖检测、路由检测等。
Demo代码：https://github.com/linjunyi/LaunchManagerDemo

iOS App启动流程优化

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