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應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)間，直接影響用戶對(duì)一款應(yīng)用的判斷和使用體驗(yàn)。頭條主app本身就包含非常多并且復(fù)雜度高的業(yè)務(wù)模塊（如新聞、視頻等），也接入了很多第三方的插件，這勢(shì)必會(huì)拖慢應(yīng)用的啟動(dòng)時(shí)間，本著精益求精的態(tài)度和對(duì)用戶體驗(yàn)的追求，我們希望在業(yè)務(wù)擴(kuò)張的同時(shí)最大程度的優(yōu)化啟動(dòng)時(shí)間。

技術(shù)調(diào)研

先說結(jié)論，t(App總啟動(dòng)時(shí)間) = t1(main()之前的加載時(shí)間) + t2(main()之后的加載時(shí)間)。t1 = 系統(tǒng)dylib(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))和自身App可執(zhí)行文件的加載；t2 = main方法執(zhí)行之后到AppDelegate類中的- (BOOL)application:(UIApplication *)Application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions方法執(zhí)行結(jié)束前這段時(shí)間，主要是構(gòu)建第一個(gè)界面，并完成渲染展示。

main()調(diào)用之前的加載過程

App開始啟動(dòng)后， 系統(tǒng)首先加載可執(zhí)行文件（自身App的所有.o文件的集合），然后加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)dyld，dyld是一個(gè)專門用來加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的庫(kù)。 執(zhí)行從dyld開始，dyld從可執(zhí)行文件的依賴開始, 遞歸加載所有的依賴動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)包括：iOS 中用到的所有系統(tǒng) framework，加載OC runtime方法的libobjc，系統(tǒng)級(jí)別的libSystem，例如libdispatch(GCD)和libsystem_blocks (Block)。

其實(shí)無論對(duì)于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)還是對(duì)于App本身的可執(zhí)行文件而言，他們都算是image（鏡像），而每個(gè)App都是以image(鏡像)為單位進(jìn)行加載的，那么image究竟包括哪些呢？

什么是image

1.executable可執(zhí)行文件 比如.o文件。2.dylib 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) framework就是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和相應(yīng)資源包含在一起的一個(gè)文件夾結(jié)構(gòu)。3.bundle 資源文件 只能用dlopen加載，不推薦使用這種方式加載。

除了我們App本身的可行性文件，系統(tǒng)中所有的framework比如UIKit、Foundation等都是以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式集成進(jìn)App中的。

系統(tǒng)使用動(dòng)態(tài)鏈接有幾點(diǎn)好處：

代碼共用：很多程序都動(dòng)態(tài)鏈接了這些 lib，但它們?cè)趦?nèi)存和磁盤中中只有一份。易于維護(hù)：由于被依賴的 lib 是程序執(zhí)行時(shí)才鏈接的，所以這些 lib 很容易做更新，比如libSystem.dylib 是 libSystem.B.dylib 的替身，哪天想升級(jí)直接換成libSystem.C.dylib 然后再替換替身就行了。減少可執(zhí)行文件體積：相比靜態(tài)鏈接，動(dòng)態(tài)鏈接在編譯時(shí)不需要打進(jìn)去，所以可執(zhí)行文件的體積要小很多。

如上圖所示，不同進(jìn)程之間共用系統(tǒng)dylib的_TEXT區(qū)，但是各自維護(hù)對(duì)應(yīng)的_DATA區(qū)。

所有動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和我們App中的靜態(tài)庫(kù).a和所有類文件編譯后的.o文件最終都是由dyld(the dynamic link editor)，Apple的動(dòng)態(tài)鏈接器來加載到內(nèi)存中。每個(gè)image都是由一個(gè)叫做ImageLoader的類來負(fù)責(zé)加載（一一對(duì)應(yīng)），那么ImageLoader又是什么呢？

什么是ImageLoader

image 表示一個(gè)二進(jìn)制文件(可執(zhí)行文件或 so 文件)，里面是被編譯過的符號(hào)、代碼等，所以 ImageLoader 作用是將這些文件加載進(jìn)內(nèi)存，且每一個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)ImageLoader實(shí)例來負(fù)責(zé)加載。兩步走：在程序運(yùn)行時(shí)它先將動(dòng)態(tài)鏈接的 image 遞歸加載 (也就是上面測(cè)試棧中一串的遞歸調(diào)用的時(shí)刻)。再?gòu)目蓤?zhí)行文件 image 遞歸加載所有符號(hào)。

當(dāng)然所有這些都發(fā)生在我們真正的main函數(shù)執(zhí)行前。

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)加載的具體流程

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的加載步驟具體分為5步：

1.load dylibs image 讀取庫(kù)鏡像文件

2.Rebase image

3.Bind image

4.Objc setup

5.initializers

load dylibs image

在每個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)的加載過程中， dyld需要：

1.分析所依賴的動(dòng)態(tài)庫(kù)

2.找到動(dòng)態(tài)庫(kù)的mach-o文件

3.打開文件

4.驗(yàn)證文件

5.在系統(tǒng)核心注冊(cè)文件簽名

6.對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)的每一個(gè)segment調(diào)用mmap()

通常的，一個(gè)App需要加載100到400個(gè)dylibs， 但是其中的系統(tǒng)庫(kù)被優(yōu)化，可以很快的加載。針對(duì)這一步驟的優(yōu)化有：

減少非系統(tǒng)庫(kù)的依賴

合并非系統(tǒng)庫(kù)

使用靜態(tài)資源，比如把代碼加入主程序

rebase/bind

由于ASLR(address space layout randomization)的存在，可執(zhí)行文件和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)在虛擬內(nèi)存中的加載地址每次啟動(dòng)都不固定，所以需要這2步來修復(fù)鏡像中的資源指針，來指向正確的地址。rebase修復(fù)的是指向當(dāng)前鏡像內(nèi)部的資源指針； 而bind指向的是鏡像外部的資源指針。rebase步驟先進(jìn)行，需要把鏡像讀入內(nèi)存，并以page為單位進(jìn)行加密驗(yàn)證，保證不會(huì)被篡改，所以這一步的瓶頸在IO。bind在其后進(jìn)行，由于要查詢符號(hào)表，來指向跨鏡像的資源，加上在rebase階段，鏡像已被讀入和加密驗(yàn)證，所以這一步的瓶頸在于CPU計(jì)算。通過命令行可以查看相關(guān)的資源指針:

xcrun dyldinfo -rebase -bind -lazy_bind myApp.App/myApp

優(yōu)化該階段的關(guān)鍵在于減少__DATA segment中的指針數(shù)量。我們可以優(yōu)化的點(diǎn)有：

減少Objc類數(shù)量， 減少selector數(shù)量

減少C++虛函數(shù)數(shù)量

轉(zhuǎn)而使用swift stuct（其實(shí)本質(zhì)上就是為了減少符號(hào)的數(shù)量）

Objc setup

這一步主要工作是:

注冊(cè)O(shè)bjc類 (class registration)

把category的定義插入方法列表 (category registration)

保證每一個(gè)selector唯一 (selctor uniquing)

由于之前2步驟的優(yōu)化，這一步實(shí)際上沒有什么可做的。

initializers

以上三步屬于靜態(tài)調(diào)整(fix-up)，都是在修改__DATA segment中的內(nèi)容，而這里則開始動(dòng)態(tài)調(diào)整，開始在堆和堆棧中寫入內(nèi)容。在這里的工作有：

Objc的+load()函數(shù)

C++的構(gòu)造函數(shù)屬性函數(shù) 形如attribute((constructor)) void DoSomeInitializationWork()

非基本類型的C++靜態(tài)全局變量的創(chuàng)建(通常是類或結(jié)構(gòu)體)(non-trivial initializer) 比如一個(gè)全局靜態(tài)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)建，如果在構(gòu)造函數(shù)中有繁重的工作，那么會(huì)拖慢啟動(dòng)速度

Objc的load函數(shù)和C++的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)采用由底向上的方式執(zhí)行，來保證每個(gè)執(zhí)行的方法，都可以找到所依賴的動(dòng)態(tài)庫(kù)。

上圖是在自定義的類XXViewController的+load方法斷點(diǎn)的調(diào)用堆棧，清楚的看到整個(gè)調(diào)用棧和順序：

1.dyld 開始將程序二進(jìn)制文件初始化

2.交由 ImageLoader 讀取 image，其中包含了我們的類、方法等各種符號(hào)

3.由于 runtime 向 dyld 綁定了回調(diào)，當(dāng) image 加載到內(nèi)存后，dyld 會(huì)通知 runtime 進(jìn)行處理

4.runtime 接手后調(diào)用 map_images 做解析和處理，接下來 load_images 中調(diào)用 call_load_methods 方法，遍歷所有加載進(jìn)來的 Class，按繼承層級(jí)依次調(diào)用 Class 的 +load 方法和其 Category 的 +load 方法

至此，可執(zhí)行文件中和動(dòng)態(tài)庫(kù)所有的符號(hào)(Class，PRotocol，Selector，IMP，…)都已經(jīng)按格式成功加載到內(nèi)存中，被 runtime 所管理，再這之后，runtime 的那些方法(動(dòng)態(tài)添加 Class、swizzle 等等才能生效)。

整個(gè)事件由 dyld 主導(dǎo)，完成運(yùn)行環(huán)境的初始化后，配合 ImageLoader 將二進(jìn)制文件按格式加載到內(nèi)存，動(dòng)態(tài)鏈接依賴庫(kù)，并由 runtime 負(fù)責(zé)加載成 objc 定義的結(jié)構(gòu)，所有初始化工作結(jié)束后，dyld 調(diào)用真正的 main 函數(shù)。

如果程序剛剛被運(yùn)行過，那么程序的代碼會(huì)被dyld緩存，因此即使殺掉進(jìn)程再次重啟加載時(shí)間也會(huì)相對(duì)快一點(diǎn)，如果長(zhǎng)時(shí)間沒有啟動(dòng)或者當(dāng)前dyld的緩存已經(jīng)被其他應(yīng)用占據(jù)，那么這次啟動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間就要長(zhǎng)一點(diǎn)，這就分別是熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)的概念，如下圖所示:

main()之前的加載時(shí)間如何衡量

那么問題就來了，那怎么衡量main()之前也就是time1的耗時(shí)呢，蘋果官方提供了一種方法，那就是在真機(jī)調(diào)試的時(shí)候勾選dyld_PRINT_STATISTICS選項(xiàng)。

會(huì)得到如下形式的輸出：

由此可見對(duì)于系統(tǒng)級(jí)別的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，因?yàn)樘O果做了優(yōu)化，所以耗時(shí)并不多，在這個(gè)awesome的例子中，自身App中的代碼占用了整體時(shí)間的94.2%我們應(yīng)用中一次典型的Log如下：

由此可見，最多的用時(shí)還是在image加載和OC類的初始化，共占用總時(shí)長(zhǎng)的79.3%，精簡(jiǎn)framework的引入和OC類有優(yōu)化的空間。

總結(jié)一下：對(duì)于main()調(diào)用之前的耗時(shí)我們可以優(yōu)化的點(diǎn)有：

減少不必要的framework，因?yàn)閯?dòng)態(tài)鏈接比較耗時(shí)

check framework應(yīng)當(dāng)設(shè)為optional和required，如果該framework在當(dāng)前App支持的所有iOS系統(tǒng)版本都存在，那么就設(shè)為required，否則就設(shè)為optional，因?yàn)閛ptional會(huì)有些額外的檢查

合并或者刪減一些OC類，關(guān)于清理項(xiàng)目中沒用到的類，使用工具AppCode代碼檢查功能，查到當(dāng)前項(xiàng)目中沒有用到的類如下：

1.刪減一些無用的靜態(tài)變量

2.刪減沒有被調(diào)用到或者已經(jīng)廢棄的方法

方法見：http://stackoverflow.com/questions/35233564/how-to-find-unused-code-in-xcode-7https://developer.Apple.com/library/ios/documentation/ToolsLanguages/Conceptual/Xcode_Overview/CheckingCodeCoverage.html

3.將不必須在+load方法中做的事情延遲到+initialize中

4.盡量不要用C++虛函數(shù)(創(chuàng)建虛函數(shù)表有開銷)

main()調(diào)用之后的加載時(shí)間

在main()被調(diào)用之后，App的主要工作就是初始化必要的服務(wù)，顯示首頁(yè)內(nèi)容等。而我們的優(yōu)化也是圍繞如何能夠快速展現(xiàn)首頁(yè)來開展。App通常在AppDelegate類中的- (BOOL)Application:(UIApplication )Application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary)launchOptions方法中創(chuàng)建首頁(yè)需要展示的view，然后在當(dāng)前runloop的末尾，主動(dòng)調(diào)用CA::Transaction::commit完成視圖的渲染。而視圖的渲染主要涉及三個(gè)階段：

1.準(zhǔn)備階段 這里主要是圖片的解碼

2.布局階段 首頁(yè)所有UIView的- (void)layoutSubViews()運(yùn)行

3.繪制階段 首頁(yè)所有UIView的- (void)drawRect:(CGRect)rect運(yùn)行再加上啟動(dòng)之后必要服務(wù)的啟動(dòng)、必要數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和讀取，這些就是我們可以嘗試優(yōu)化的地方

因此，對(duì)于main()函數(shù)調(diào)用之前我們可以優(yōu)化的點(diǎn)有：

1.不使用xib，直接視用代碼加載首頁(yè)視圖

2.NSUserDefaults實(shí)際上是在Library文件夾下會(huì)生產(chǎn)一個(gè)plist文件，如果文件太大的話一次能讀取到內(nèi)存中可能很耗時(shí)，這個(gè)影響需要評(píng)估，如果耗時(shí)很大的話需要拆分(需考慮老版本覆蓋安裝兼容問題)

3.每次用NSLog方式打印會(huì)隱式的創(chuàng)建一個(gè)Calendar，因此需要?jiǎng)h減啟動(dòng)時(shí)各業(yè)務(wù)方打的log，或者僅僅針對(duì)內(nèi)測(cè)版輸出log

4.梳理應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)發(fā)送的所有網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，是否可以統(tǒng)一在異步線程請(qǐng)求

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

建立了一個(gè)空的HelloWorld工程，只加入了pods中的代碼，不包含主端的業(yè)務(wù)邏輯代碼，一次典型的冷啟動(dòng)基本接近2s iphone6 iOS9.3.5系統(tǒng)測(cè)試主要時(shí)間在加載動(dòng)態(tài)庫(kù)，類/方法的初始化還有符號(hào)地址綁定階段。

一次典型的熱啟動(dòng)數(shù)據(jù)如下：可以看到因?yàn)橄到y(tǒng)做了緩存方面的優(yōu)化，比冷啟動(dòng)快了500ms加上頭條主端業(yè)務(wù)邏輯代碼之后一次典型的熱啟動(dòng)耗時(shí)2.1s。

以上用時(shí)均為main()之前的加載耗時(shí)。

main函數(shù)之后加載時(shí)間優(yōu)化記錄

NSUserDefaults是否是瓶頸

蘋果官方文檔提到NSUserDefaults加載的時(shí)候是整個(gè)plist配置文件全部load到內(nèi)存中，目前頭條主端當(dāng)中NSUserDefaults存儲(chǔ)了200多項(xiàng)緩存數(shù)據(jù)，因此懷疑可能拖慢啟動(dòng)速度，但是測(cè)試結(jié)果顯示并不會(huì)。通過符號(hào)斷點(diǎn)+[NSUserDefaults standardUserDefaults]確定最早一次的+load()從執(zhí)行到結(jié)束耗時(shí)1.8ms，可見NSUserDefaults的初始化僅耗時(shí)1.8ms，并不是啟動(dòng)耗時(shí)的瓶頸。

如何找到拖慢啟動(dòng)應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)的瓶頸

為了找到瓶頸，我們?cè)趩?dòng)之后的didFinishLauhcning方法開始執(zhí)行到首頁(yè)列表頁(yè)的NewsListViewController的viewDidAppear方法，幾乎每個(gè)可能比較耗時(shí)的流程進(jìn)行拆分和統(tǒng)計(jì)，得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之后發(fā)現(xiàn)：主要耗時(shí)在首頁(yè)UI構(gòu)造和渲染(storyboard加載，tabBar/topBar渲染，開屏廣告加載/cell注冊(cè)/日志模塊初始化這幾個(gè)步驟)。

具體優(yōu)化點(diǎn)

因此，針對(duì)于今日頭條這個(gè)App我們可以優(yōu)化的點(diǎn)如下：

1.純代碼方式而不是storyboard加載首頁(yè)UI。

2.對(duì)didFinishLaunching里的函數(shù)考慮能否挖掘可以延遲加載或者懶加載，需要與各個(gè)業(yè)務(wù)方pm和rd共同check 對(duì)于一些已經(jīng)下線的業(yè)務(wù)，刪減冗余代碼。對(duì)于一些與UI展示無關(guān)的業(yè)務(wù)，如微博認(rèn)證過期檢查、圖片最大緩存空間設(shè)置等做延遲加載

3.對(duì)實(shí)現(xiàn)了+load()方法的類進(jìn)行分析，盡量將load里的代碼延后調(diào)用。

4.上面統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示展示feed的導(dǎo)航控制器頁(yè)面(NewsListViewController)比較耗時(shí)，對(duì)于viewDidLoad以及viewWillAppear方法中盡量去嘗試少做，晚做，不做。

優(yōu)化結(jié)果

之前曾經(jīng)有一位同事已經(jīng)做了一定的優(yōu)化，比如啟動(dòng)之后展示閃屏廣告圖的同時(shí)初始化首頁(yè)的列表頁(yè)，當(dāng)廣告展示完成之后列表頁(yè)也就渲染完成了。經(jīng)過這一次優(yōu)化之后的main()之后的啟動(dòng)總時(shí)長(zhǎng)通過上線之后收集數(shù)據(jù)的驗(yàn)證達(dá)到了預(yù)期的效果。