App启动时间监测以及优化

App启动类型

  • 热启动,App启动后退到后台,App目前还是在系统的进程中,此时App重新进入前台这个过程就是热启动。
  • 冷启动,相对于热启动,App不在系统的进程中,系统需要给App创建分配进程资源进行启动,这是一次完整的启动过程。
    所以可以知道冷启动需要的时间多于热启动,那么怎么做到冷启动时间监测以及优化就显得很重要。

App启动过程

粗略分三步:
1.main函数执行前;
2.main函数执行后;
3.首屏渲染。

  • main函数执行前做了什么事

1.加载可执行文件,即.o文件
2.加载动态链接库,进行rebase指针调整和bind符号绑定
3.OC的运行时初始化,包括相关类的注册、分类的注册、selector方法选择器唯一性检查等
4.初始化,包括了执行 load() 方法、attribute((constructor)) 修饰的函数的调用、创建静态全局变量

优化: 1.减少动态库加载。每个库本身都有依赖关系,苹果公司建议使用更少的动态库,并且建议在使用动态库的数量较多时,尽量将多个动态库进行合并。数量上,iOS最多可以支持 6 个非系统动态库合并为一个。 2. 减少加载启动后不会去使用的类或者方法。 3. +load() 方法里的内容可以放到首屏渲染完成后再执行,或使用 +initialize() 方法替换掉。

  • main() 函数执行后

main() 函数执行后的阶段,指的是从 main() 函数执行开始,到 appDelegate 的 didFinishLaunchingWithOptions 方法里首屏渲染相关方法执行完成。

  • 首页的业务代码都是要在这个阶段,也就是首屏渲染前执行的,主要包括了:
    1.首屏初始化所需配置文件的读写操作;
    2.首屏列表大数据的读取;
    3.首屏渲染的大量计算等。
    优化:从功能上梳理出哪些是首屏渲染必要的初始化功能,哪些是 App 启动必要的初始化功能,而哪些是只需要在对应功能开始使用时才需要初始化的。梳理完之后,将这些初始化功能分别放到合适的阶段进行。
  • 首屏渲染完成后
    首屏渲染后的这个阶段,主要完成的是,非首屏其他业务服务模块的初始化、监听的注册、配置文件的读取等。从函数上来看,这个阶段指的就是截止到 didFinishLaunchingWithOptions 方法作用域内执行首屏渲染之后的所有方法执行完成。简单说的话,这个阶段就是从渲染完成时开始,到didFinishLaunchingWithOptions 方法作用域结束时结束。
    这个阶段用户已经能够看到 App 的首页信息了,所以优化的优先级排在最后。但是,那些会卡住主线程的方法还是需要最优先处理的,不然还是会影响到用户后面的交互操作。
    明白了 App 启动阶段需要完成的工作后,我们就可以有的放矢地进行启动速度的优化了。这些优化,包括了功能级别和方法级别的启动优化。接下来,我们就从这两个角度展开看看。

功能级别的启动优化

功能级别的启动优化,就是要从 main() 函数执行后这个阶段下手。
优化的思路是: main() 函数开始执行后到首屏渲染完成前只处理首屏相关的业务,其他非首屏业务的初始化、监听注册、配置文件读取等都放到首屏渲染完成后去做。

方法级别的启动优化

  • 第一种方法是,定时抓取主线程上的方法调用堆栈,计算一段时间里各个方法的耗时。Xcode 工具套件里自带的 Time Profiler ,采用的就是这种方式。
  • 第二种方法是,对 objc_msgSend 方法进行 hook 来掌握所有方法的执行耗时。
    hook 方法的意思是,在原方法开始执行时换成执行其他你指定的方法,或者在原有方法执行前后执行你指定的方法,来达到掌握和改变指定方法的目的。
    hook objc_msgSend 这种方式的优点是非常精确,而缺点是只能针对 Objective-C 的方法。当然,对于 c 方法和 block 也不是没有办法,你可以使用 libffi 的 ffi_call 来达成 hook,但缺点就是编写维护相关工具门槛高。
    综上,如果对于检查结果精准度要求高的话,使用hook objc_msgSend。
  • hook objc_msgSend方法怎么 hook 全部 Objective-C 的方法

OC里每个对象都会指向一个类,每个类都会有一个方法列表,方法列表里的每个方法都是由 selector、函数指针和 metadata 组成的。
objc_msgSend就是在运行时根据对象和方法的 selector 去找到对应的函数指针,然后执行。也就是说,objc_msgSend 是 Objective-C 里方法执行的必经之路,能够控制所有的 Objective-C 的方法。
objc_msgSend 方法执行的逻辑是:先获取对象对应类的信息,再获取方法的缓存,根据方法的 selector 查找函数指针,经过异常错误处理后,最后跳到对应函数的实现。
objc_msgSend 本身是用汇编语言写的,这样做的原因主要有两个:
一个原因是,objc_msgSend 的调用频次最高,在它上面进行的性能优化能够提升整个 App 生命周期的性能。而汇编语言在性能优化上属于原子级优化,能够把优化做到极致。
另一个原因是,其他语言难以实现未知参数跳转到任意函数指针的功能。
objc_msgSend源码

  • 怎么 hook objc_msgSend方法?

fishhook可以在 iOS 上运行的 Mach-O 二进制文件中动态地重新绑定符号
原理:
1.遍历 dyld 里的所有 image,取出 image header 和 slide
2.找到符号表相关的 command,包括 linkedit segment command、symtab command 和 dysymtab command
3.获得 base 和 indirect 符号表
4.有了符号表和传入的方法替换数组,就可以进行符号表访问指针地址的替换了

  • 一个方法级别启动耗时检查工具来辅助分析和监控

SMLagMonitor在需要检测耗时时间的地方调用 [SMCallTrace start],结束时调用 stop 和 save 就可以打印出方法的调用层级和耗时了。还可以设置最大深度和最小耗时检测,来过滤不需要看到的信息。

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