导言
随着客户端业务越来越重，启动初始化代码越来越多，导致我们的APP启动时间越来越长。
而对于App来说用户体验却至关重要。
这里列举两个公开的数据:
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《页面加载超过3秒，57%的用户会离开》
《Amazon页面加载延长1秒，一年就会减少16亿美金营收》
我在某天不经意间发现竞品们的打开时长时:
再相比我们的APP启动时长就有点慢了。
面对竞品怎么能在开机就输呢。
经过一番努力之后，我将启动时长优化了将近50%，先来看看效果:
总的来说效果还是挺明显的。
本文会记录这一趟优化之旅的全过程，并且附上优化原理。
我们都知道iOS在启动过程中做了非常多的事情，只是因为在硬件日新月异的今天，这种感觉和差异很难被感知到。
APP启动过程的优化大致就是以下两步:
- main函数之前
- main函数之后
接下来让我们分步来看。
Pre Main
main函数之前的东西看似离我们很远，感觉好像平时接触不到，但其实我们写的每一行代码都可能影响到main函数之前发生的事情。
先简单来看下，iOS在main函数前做了些什么:
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操作系统通过
dyld(dynamic link editor， Apple的动态链接器，用来装载Mach-O格式的文件，二进制可执行文件和动态库灯饰该格式文件)加载共享缓存，将可执行文件加载进内存，同时递归加载所有依赖的动态库。 -
之后每个动态库执行一些初始化方法
doInitialization，最先执行的是libsystem.B.dylib中的_objc_init,而这个方法，阅读过objc-runtime源码的小伙伴一定很熟悉：void _objc_init(void) { static bool initialized = false; if (initialized) return; initialized = true; // fixme defer initialization until an objc-using image is found? environ_init(); tls_init(); static_init(); lock_init(); exception_init(); _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image); }这里比较特殊所以单独拿出来讲，这里会通过
_dyld_objc_notify_register方法注册回调。 -
当所有的初始化方法执行完毕之后，会通知
notifySingle回调到刚才说的注册方法
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通知runtime进行下一步的操作，对
map_images进行可执行文件的内容解析和处理，如合并category的方法列表、协议列表等等。 -
拿到所有类与分类的
+(void)load方法地址进行调用。 -
进行各种objc结构的初始化（组册类、初始化类对象等等）
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调用
C++静态初始化器和_attribute((constructor))修饰的函数
至此，经过以上大致的操作，Per main基本结束了，这部分的源码都在dyld和objc-runtime的源码都有体现。有需要可以去官方下载看。
知道以上这些基本原理可以开始动手了。
通过添加环境变量DYLD_PRINT_STATISTICS
可以获取启动时长的一些基本信息
大概耗时1.3s,可以看到时长耗时主要是在上面说的dylib loading time动态库链接(593.39ms)和initializer(690.05ms)的调用+(void)load方法时长（C++静态初始化器和_attribute((constructor))函数基本可以忽略不计，因为基本不用）。
Per Main 1.1 （去掉或合并多余category与+(void)load方法）
这个方法做起来可以很简单也可以也难，因为当业务一多，进行批量的去除与合并会有很大困难。你也可以使用工具或者脚本找到那些方法进行分析排查。不过对我来说还好，因为我找到了一个特大病号，QMUIKit，一个腾讯的UI组件。
一张图的分类只不过是冰山一角，该库不仅类的数量巨大，大量使用category,并且在load使用非常多的方法交换,不否认该库的强大，当时为了省力自己写组件，觉得好用就引进来了，但是回头想想，这个库设计覆盖的功能范围过大，导致我可能就用到了其中10%到20%的功能。最后我决定删除该库。把用到的category做了一些整理与合并（合并到4-5个左右）：
虽说是体力活但工作却持续了好几天，因为该库代码倾入性还是挺强的，会动到很多原来的结构。不过删掉还是挺爽的，不仅包体积小了，启动时长还瞬间快了。这个故事告诉我们技术选型的时候还是得慎重，不然填起坑来很苦。
立杆见影，马上快了300ms+的速度（liblinterpose.dylib是调试过程中才插入的动态库，生产中不会有，这里的371ms可以忽略）。
Per Main 1.2 （动态库转静态库）
接下来处理动态库加载时长，这里最好的办法就是把动态库都删除(好像等于没说)，苹果推荐是一款应用不超过6个动态库。
而我…
加上swift（因为oc、swift混编）的动态库 有40个…那么就把动态库转静态库，网上关于动态库和静态库的区别文章有很多，随便看看就知道大概的区别，大家知道我们自己的framework，其实不能称之真正意义上的动态库，虽然是通过dyld链接加载，但他做不到共享。当然有些企业应用会通过增量下载动态库来达到热更新的目的，但上架应用是不被允许的。不过pod很方便已经给我们提供了相关置:use_frameworks! ，注释掉该配置，打包默认就是静态库。
但是这里面也是有坑的，首先因为静态库是编译时就一起编译进执行文件中，不像动态库一样外部链接，所以如果有重名符号会报符号冲突。这样的话就要用到修改pod脚本配置进行选择性的部分静态库化，网上也有相关方法。我运气很好，没有重名，所以这步省了，很舒服。
然后可以通过一些pod配置进行测试和正式环境的区分，把测试环境和debug环境需要的库在生产中进行隔离，pod也是支持分target配置的，类似这样:
再来看看效果
可以看到dylib loading time 瞬间降低了很多，总的时间也从1.3降到了0.87左右。
Per Main 1.3（二进制重排）
这一切都要归功于19年8月字节跳动的一篇文章 抖音研发实践：基于二进制文件重排的解决方案 APP启动速度提升超15%，让这项古老的技术再次火了一把，这项技术是基于操作系统的，所以适用于任何基于虚拟内存的系统，不管android或是iOS。
原理的话我觉得这篇讲的挺好的：虚拟内存与物理内存的联系与区别，我这里简单总结下，还不懂可以再网上冲浪一下。
物理内存
很早的时候操作系统没有虚拟内存的概念，都是物理内存，程序能寻址的范围是有限的，这取决于CPU的地址线条数。比如在32位平台下，寻址的范围是2^32也就是4G。并且这是固定的。简单来说，你的电脑如果是8g内存，开两个应用就把整根内存条占满了。当一个进程执行完了以后，再将等待的进程装入内存。
由于指令都是直接访问物理内存的，那么我可以根据地址的偏移修改其他进程的数据，甚至会修改内核地址空间的数据，这是很致命的。
虚拟内存
基于这一点，有了虚拟内存的概念。
假设每个应用从硬盘加载进内存还是可以分配到4G的内存。但是是虚拟内存，你可以认为，每个进程都认为自己拥有4G的空间，这只是每个进程认为的，但是实际上，在虚拟内存对应的物理内存上，可能只对应的一点点的物理内存，实际用了多少内存，就会对应多少物理内存。进程得到的这4G虚拟内存是一个连续的地址空间（这也只是进程认为），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有一部分存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。
进程开始要访问一个地址，它可能会经历下面的过程
- 每次我要访问地址空间上的某一个地址，都需要把地址翻译为实际物理内存地址
- 所有进程共享这整一块物理内存，每个进程只把自己目前需要的虚拟地址空间映射到物理内存上
- 进程需要知道哪些地址空间上的数据在物理内存上，哪些不在（可能这部分存储在磁盘上），还有在物理内存上的哪里，这就需要通过页表来记录
- 页表的每一个表项分两部分，第一部分记录此页是否在物理内存上，第二部分记录物理内存页的地址（如果在的话）
- 当进程访问某个虚拟地址的时候，就会先去看页表，如果发现对应的数据不在物理内存上，就会发生缺页异常，缺页异常的处理过程，操
- 作系统立即阻塞该进程，并将硬盘里对应的页换入内存，然后使该进程就绪，如果内存已经满了，没有空地方了，那就找一个页覆盖，至于具体覆盖的哪个页，就需要看操作系统的页面置换算法是怎么设计的了。
关于虚拟内存与物理内存的联系，下面这张图可以帮助我们巩固。
- 我们的cpu想访问虚拟地址所在的虚拟页(VP3)，根据页表，找出页表中第三条的值.判断有效位。 如果有效位为1，DRMA缓存命中，根据物理页号，找到物理页当中的内容，返回。
- 若有效位为0，参数缺页异常，调用内核缺页异常处理程序。内核通过页面置换算法选择一个页面作为被覆盖的页面，将该页的内容刷新到磁盘空间当中。然后把VP3映射的磁盘文件缓存到该物理页上面。然后页表中第三条，有效位变成1，第二部分存储上了可以对应物理内存页的地址的内容。
- 缺页异常处理完毕后，返回中断前的指令，重新执行，此时缓存命中，执行1。
- 将找到的内容映射到告诉缓存当中，CPU从告诉缓存中获取该值，结束。
这就是为什么我们手机无论起多少的应用，内存都不会爆，因为只是他的物理内存在不断覆盖。
说白了，有了虚拟内存之后，就有了中间表进行物理地址的映射，应用不再一次加载所有内容到内存，而是进行懒加载的模式，iOS的一页是16k大小，一次缺页异常（page fault）一般持续时间在微秒（us）到毫秒（ms）之间，APP操作过程中发生那么几次人为基本感知不到。
但启动时会瞬间调用很多方法和对象的创建，而此时映射表有效位全是0，所以这个异常次数可能会变得很多,并且上架的应用在映射时还会验签，导致这个时间会更长。
说了这么多，再来看看数据就非常明显了
第一次冷启动我们自己应用，通过工具发现我们的应用启动在阶段，缺页异常（page fault）一共发生了2160次，耗时386.20ms。
而当我们杀掉应用进行第二次的热启动
page fault只有33次，而缓存击中却有2767次，耗时5.54ms。这就证明了我们平时的感觉，第一次冷启动应用时会较慢。杀掉应用，第二次热启动就快很多。这么看起来iOS的物理内存好像不会在杀掉内存之后立马清空。
好了知道了原理，那我们怎么优化呢，一句话:
找到所有的的启动方法尽量往前几页挤
来触发更少次数的page fault。
那么怎么找到所有的启动方法呢？,字节跳动给了相应的方法方法:基于fishhook去hook msg_send(oc所有方法底层都是调用该方法)获取所有oc方法,而像+load、block这些不走msg_send的都需要单独扫描和hook，该组合方案同时存在相应的问题。
基于静态扫描+运行时trace的方案仍然存在少量瓶颈：
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initialize hook不到
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部分block hook不到
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C++通过寄存器的间接函数调用静态扫描不出来
“目前的重排方案能够覆盖到80%～90%的符号，未来我们会尝试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”
他们同时给了方向，通过clang插桩方式进行方法扫描。
具体方法现在也有了:App 二进制文件重排已经被玩坏了
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在 Clang 10 documentation 中可以看到 LLVM 官方对 SanitizerCoverage 的详细介绍，包含了示例代码。
简单来说 SanitizerCoverage 是 Clang 内置的一个代码覆盖工具。它把一系列以 __sanitizer_cov_trace_pc_ 为前缀的函数调用插入到用户定义的函数里，借此实现了全局 AOP 的大杀器。其覆盖之广，包含 Swift/Objective-C/C/C++ 等语言，Method/Function/Block 全支持。
说实话第一次看到这哥们儿的言论的时候 我还是挺忐忑的。
生成的order文件长这样:
目录自己选择一下，在xcode中配置一下就好了
来看下启动效果，还是很明显的:
page fault次数降到了326次，比之前降低耗时300ms左右。
Per Main 1.4（总结）
至此，Per Main阶段我们基本已经做完一轮的优化，来看看最后的耗时结果
0.74s，比起之前的1.3s效果还是很明显的。
After Main
main函数之后的事情，就是我们最熟悉的启动方法
- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{}
开始到首页加载完毕的时长，因为这部分我们可以自由操作，随便找个打点工具就可以统计下时长。
这部分就比较见仁见智了。网上也有很多关于这方面的优化，简单说说我自己的一些优化操作吧。
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广告的加载尽量走缓存，不依赖网络请求。
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首页的初始化我会放在广告页显示之后，而不是和广告页一起加载。（这样可以加速广告页的显示）
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所有的不必要的初始化我会放在首页的
viewDidAppear,再通过gcd保证只初始化一次。 -
可以看到图中第一项的将近1秒的都是统计
SDK的初始化时间，尽量放在子线程进行初始化(确保可以放在子线程)，亲测也是有效的。 -
剩下就是按照各自的业务逻辑进行修改，总之如果是为了快速启动，尽量把初始化的方法往后挪。
以上就是我本次启动优化的全过程。迁出的这个分支来来回回改了大半个月，效果还是显著的。
每家公司的APP情况都不太一样，希望我的经历可以帮到你。
后续:假如你的工程用的是SB或者Xib，转换成代码的形式会使启动更多，因为SB和Xib会多一步把文件转成代码的过程。
最后
你知道的越多,你不知道的越多—–亚里士多德
