启动优化，二进制重排

前言

新接手的项目启动速度贼慢，加上电脑性能太差，每次启动都要等很久，所有产生了优化一下启动速度的想法

启动过程

启动的过程可以认为是用户点击app图标到第一个界面显示出来的过程。启动又分为冷启动和热启动，所谓冷热启动的区别无非就是从0到2。从1到2。冷启动是内存中没有应用相关数据，全部是重新加载的过程。热启动就是内存中有应用相关数据，部分重新加载过程。本文做的是冷启动的优化

启动过程分为pre-main,main两个阶段，即main函数之前的加载过程，main函数之后到收个界面显示出来的过程。下面是关于两个阶段启动耗时的计算，优化方案

pre-main阶段

该阶段的耗时测量，系统已提供了方法，可以通过设置Scheme内的环境变量DYLD_PRINT_STATISTICS为YES，在启动的时候可以打印出来相应的耗时。

启动时间配置.png 启动时间打印.png

由图中可以看出应用耗时分为四个阶段，四个阶段所作工作如下

• 1、dylib loading time：这个阶段主要是加载动态库
• 2、rebase/binding time：偏移修正，符号绑定的过程
• 3、ObjC setup time：OC类注册
• 4、initializer time：这个阶段执行load，C++构造函数

rebase/binding解释

rebase：在App启动过程中会生成一个随机值ASLR，App方法、函数在内存中的地址 = 二进制文件中的偏移地址 + ASLR

binding：地址与符号进行绑定

优化

根据以上四个阶段的介绍，可以得出以下几个优化方向
1、减少动态库。网上看到文章说苹果官方建自定义动态库最好不超过6个，待验证，反正我没看到官方建议在哪，但是看其他大型应用好像确实是6个动态库。如果有很多动态库可以考虑将动态库进行合并

2、减少OC类。通常开发过程中为了解耦，为了代码更清晰，为了代码的复用，等等，我们才会把类进行拆分，总不能再为了优化启动时间把代码改回去，况且有人统计过2万个类大约增加800毫秒左右的启动时间。所以这个优化方向可以优化掉的启动时间的并不多。我们只能把项目迭代中产生的用不上，又不舍得删的代码删掉。

3、用dispatchonce()代替所有的attribute((constructor))函数、C++静态对象初始化、ObjC的+load。如果是swift，尽量使用struct

main阶段

main阶段耗时计算方案：通过代码记录进入main函数时的时间，以及进入didFinishLaunching方法或者第一个页面viewDidAppear方法的时间，然后计算两个时间的时间差。

这个阶段主要是执行我们写的各种业务代码，有很多并不是必须在这里立即执行的，这种业务我们可以采取延迟加载，防止影响启动时间。

优化方案

1、非重要业务，延迟操作
2、多线程执行
3、懒加载
4、压缩图片资源

二进制重排

除了以上提到的优化方案，通过抖音团队的文章，也了解到另一种解决方案，即二进制重排。原理可以看原文抖音研发实践。

原文里面对虚拟内存原理，Page Fault，order_file配置都有详细的介绍，我们要减少Page Fault次数，关键点就在于获取启动时用到的函数。本文介绍编译期插桩等方案来进行100%的符号覆盖，让重排达到最优效果。

Clang 插桩

llvm内置了一个简单的代码覆盖率检测（SanitizerCoverage）。它在函数级、基本块级和边缘级插入对用户定义函数的调用。我们这里借助于SanitizerCoverage进行插桩。可以看文档Clang 13 documentation

步骤

1、TARGETS --> Build Settings --> Other C Flags ---> 添加 -fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard

如果是Swift项目的话，还需要额外在 Other Swift Flags 中加入-sanitize-coverage=func 和 -sanitize=undefined

插桩.png

2、由于我们项目大量使用rn开发，连接了很多二进制文件。每个二进制文件又需要单独开启SanitizerCoverage，这里通过修改podfile来配置

post_install do |installer|
  
  installer.pods_project.targets.each do |target|
      target.build_configurations.each do |config|
        config.build_settings['OTHER_CFLAGS'] = '-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard'
        config.build_settings['OTHER_SWIFT_FLAGS'] = '-sanitize-coverage=func -sanitize=undefined'
      end
    end
end

3、重写两个方法
添加-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard之后，必须要实现两个方法一下是文档中方法

extern "C" void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
                                                    uint32_t *stop) {
  
}

两个参数分别是符号表开始与结束的地址，

extern "C" void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
  
}

guard参数相当于一个哨兵，告诉我们是第几个被调用的

我在第二个方法里将每个符号加入原子队列，具体代码如下

static OSQueueHead symbolHead = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;

typedef struct{
    void *pc;
    void *next;
} SYMNode;

void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {

    void *PC = __builtin_return_address(0);
    
    SYMNode * node = malloc(sizeof(SYMNode));
    *node = (SYMNode){PC,NULL};

    OSAtomicEnqueue(&symbolHead, node, offsetof(SYMNode, next));
}

4、获取所有的符号，并写入文件，代码如下

+(void)creatOrderFile {
    //定义数组
    NSMutableArray *symbolNames = [NSMutableArray array];
    
    while (YES) {
       SYMNode * node = OSAtomicDequeue(&symbolHead, offsetof(SYMNode, next));
        if (node == NULL) {
            break;
        }
        Dl_info info = {0};
        dladdr(node->pc, &info);

        NSString * name = @(info.dli_sname);
        free(node);
        
        BOOL isObjc = [name hasPrefix:@"+["]||[name hasPrefix:@"-["];
        NSString * symbolName = isObjc ? name : [@"_" stringByAppendingString:name];
        [symbolNames addObject:symbolName];
    }
    //反向数组
    NSEnumerator * enumerator = [symbolNames reverseObjectEnumerator];
    
    //创建一个新数组
    NSMutableArray * funcs = [NSMutableArray arrayWithCapacity:symbolNames.count];
    NSString * name;
    //去重!
    while (name = [enumerator nextObject]) {
        if (![funcs containsObject:name]) {//数组中不包含name
            [funcs addObject:name];
        }
    }
    [funcs removeObject:[NSString stringWithFormat:@"%s",__FUNCTION__]];
    //数组转成字符串
    NSString * funcStr = [funcs componentsJoinedByString:@"\n"];
    
    NSString * filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"xzOrder.order"];

    //文件内容
    NSData * fileContents = [funcStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    BOOL success = [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];
    
    NSLog(success?@"成功":@"失败");
}

也可以直接使用c函数写这个方法，前面加上导出符号extern。在别的文件内可以直接调用

5、拿到生成的order文件。由于是在真机上运行，文件也是存在真机沙盒中，可以通过如下方式下载手机上的app沙盒文件

下载沙盒.png

6、配置沙盒文件到xcode中，在build setting中找到Order file选项，配置order文件的地址

7、结束了，多次重启手机，测量启动时间，以及Page Fault次数，然后求平均值，得到的结果是启动时间大约加快了10%-15%左右。如图

对比.png

总结

优化手段都是辅助，主要的还是要养成好的代码习惯。开发过程中梳理好架构，合理取舍，减少动态库、ObjC类的数目，减少Category的数目。

废弃的代码文件或者资源文件及时删除。当然也可以使用脚本定期排查，后面我也会写相应脚本并补充上来

合理使用手机多核性能，避免主线程大量工作影响效率

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