阿里数据iOS端启动速度优化心得

时间:2021-11-04 08:23:23

背景

7月26号我们阿里数据ios端发布了4.4.0版本,这次版本主要是优化了性能,其中main()阶段的启动耗时优化成果比较明显,从之前的0.5-0.7秒,降低为目前的0.1-0.2秒(main()第一行代码到didfinishlaunchingwithoptions最后一行代码的耗时),用户体验提升明显。在这里梳理一下优化的一些经验,欢迎大家一起交流。

应用启动流程

ios应用的启动可分为pre-main阶段和main()阶段,其中系统做的事情依次是:

1. pre-main阶段

1.1. 加载应用的可执行文件

1.2. 加载动态链接库加载器dyld(dynamic loader)

1.3. dyld递归加载应用所有依赖的dylib(dynamic library 动态链接库)

2. main()阶段

2.1. dyld调用main()

2.2. 调用uiapplicationmain()

2.3. 调用applicationwillfinishlaunching

2.4. 调用didfinishlaunchingwithoptions

启动耗时的测量

在进行优化之前,我们首先应该能测量各阶段的耗时。

1. pre-main阶段

对于pre-main阶段,apple提供了一种测量方法,在 xcode 中 edit scheme -> run -> auguments 将环境变量dyld_print_statistics 设为1 :

阿里数据iOS端启动速度优化心得

pre-main阶段启动耗时测量.png

设置好后把程序跑起来,控制台会有如下输出,pre-main阶段各过程的耗时一览无余(apple这个demo有点过于夸张...)

阿里数据iOS端启动速度优化心得

pre-main阶段启动耗时测量.png

2. main()阶段

对于main()阶段,主要是测量main()函数开始执行到didfinishlaunchingwithoptions执行结束的耗时,就需要自己插入代码到工程中了。先在main()函数里用变量starttime记录当前时间:

?
1
2
3
cfabsolutetime starttime;
int main(int argc, char * argv[]) {
   starttime = cfabsolutetimegetcurrent();

再在appdelegate.m文件中用extern声明全局变量starttime

?
1
extern cfabsolutetime starttime;

最后在didfinishlaunchingwithoptions里,再获取一下当前时间,与starttime的差值即是main()阶段运行耗时。

?
1
double launchtime = (cfabsolutetimegetcurrent() - starttime);

pre-main阶段的优化

要对pre-main阶段的耗时做优化,需要再学习下dyld加载的过程,根据apple在wwdc上的介绍,dyld的加载主要分为4步:

1. load dylibs

这一阶段dyld会分析应用依赖的dylib,找到其mach-o文件,打开和读取这些文件并验证其有效性,接着会找到代码签名注册到内核,最后对dylib的每一个segment调用mmap()。

一般情况下,ios应用会加载100-400个dylibs,其中大部分是系统库,这部分dylib的加载系统已经做了优化。

所以,依赖的dylib越少越好。在这一步,我们可以做的优化有:

尽量不使用内嵌(embedded)的dylib,加载内嵌dylib性能开销较大

合并已有的dylib和使用静态库(static archives),减少dylib的使用个数

懒加载dylib,但是要注意dlopen()可能造成一些问题,且实际上懒加载做的工作会更多

2. rebase/bind

在dylib的加载过程中,系统为了安全考虑,引入了aslr(address space layout randomization)技术和代码签名。由于aslr的存在,镜像(image,包括可执行文件、dylib和bundle)会在随机的地址上加载,和之前指针指向的地址(preferred_address)会有一个偏差(slide),dyld需要修正这个偏差,来指向正确的地址。

rebase在前,bind在后,rebase做的是将镜像读入内存,修正镜像内部的指针,性能消耗主要在io。bind做的是查询符号表,设置指向镜像外部的指针,性能消耗主要在cpu计算。

所以,指针数量越少越好。在这一步,我们可以做的优化有:

减少objc类(class)、方法(selector)、分类(category)的数量

减少c++虚函数的的数量(创建虚函数表有开销)

使用swift structs(内部做了优化,符号数量更少)

3. objc setup

大部分objc初始化工作已经在rebase/bind阶段做完了,这一步dyld会注册所有声明过的objc类,将分类插入到类的方法列表里,再检查每个selector的唯一性。

在这一步倒没什么优化可做的,rebase/bind阶段优化好了,这一步的耗时也会减少。

4. initializers

到了这一阶段,dyld开始运行程序的初始化函数,调用每个objc类和分类的+load方法,调用c/c++ 中的构造器函数(用attribute((constructor))修饰的函数),和创建非基本类型的c++静态全局变量。initializers阶段执行完后,dyld开始调用main()函数。

在这一步,我们可以做的优化有:

少在类的+load方法里做事情,尽量把这些事情推迟到+initiailize

减少构造器函数个数,在构造器函数里少做些事情

减少c++静态全局变量的个数

main()阶段的优化

这一阶段的优化主要是减少didfinishlaunchingwithoptions方法里的工作,在didfinishlaunchingwithoptions方法里,我们会创建应用的window,指定其rootviewcontroller,调用window的makekeyandvisible方法让其可见。由于业务需要,我们会初始化各个二方/三方库,设置系统ui风格,检查是否需要显示引导页、是否需要登录、是否有新版本等,由于历史原因,这里的代码容易变得比较庞大,启动耗时难以控制。

所以,满足业务需要的前提下,didfinishlaunchingwithoptions在主线程里做的事情越少越好。在这一步,我们可以做的优化有:

梳理各个二方/三方库,找到可以延迟加载的库,做延迟加载处理,比如放到首页控制器的viewdidappear方法里。

梳理业务逻辑,把可以延迟执行的逻辑,做延迟执行处理。比如检查新版本、注册推送通知等逻辑。

避免复杂/多余的计算。

避免在首页控制器的viewdidload和viewwillappear做太多事情,这2个方法执行完,首页控制器才能显示,部分可以延迟创建的视图应做延迟创建/懒加载处理。

采用性能更好的api。

首页控制器用纯代码方式来构建。

阿里数据ios端优化实践

在以上的认知指导下,阿里数据ios端开始着手优化,在pre-main阶段和main()阶段分别做了一系列优化,取得了一定的成果。

1. pre-main阶段的优化

1.1. 排查无用的dylib,移除不再使用的libicucore.tbd

1.2. 删除无用文件&库,合并重复文件(多个重复的分类)。移除不再使用的库umsocial、pstcollectionview、mcswipetableviewcell,移除功能重复的库mantle。

1.3. 梳理各个类的+load方法,将多个类中+load方法做的事延迟到+initiailize里去做。

优化前pre-main阶段耗时:

阿里数据iOS端启动速度优化心得

优化前pre-main阶段耗时.png

优化后pre-main阶段耗时:

阿里数据iOS端启动速度优化心得

优化后pre-main阶段耗时.png

测试环境:xcode8.3.3 ios10.2的模拟器,热启动。

备注:测试发现,pre-main阶段耗时有一定波动,冷启动时波动更大,这里截图贴的是一个中位数水平。

可以看到热启动下,pre-main阶段耗时有一定下降。

2. main()阶段的优化

2.1. 去掉其中100ms的dispatch_after...检查代码发现之前会故意让启动图多显示100ms,不知道是什么逻辑...

2.2. 将多个二方/三方库延迟加载。包括tbcrashreporter、tbaccssdk、ut、tremotedebugger、atsdk等。

2.3. 将若干系统ui配置、业务逻辑延迟执行。包括注册推送、检查新版本、更新orange配置等。

2.4. 避免多余的计算。之前会前后两次获取是否要显示广告图,每次获取都需要反序列化orange中的配置信息,再比较配置中的开始/结束时间,大约耗时20ms。目前的解决方案是第一次计算后,用一个bool属性缓存起来,下次直接取用。

2.5. 延迟加载&懒加载部分视图。快捷密码验证页是启动图消失后用户看到的第一个页面,这个页面由于涉及到图片的解码、多个视图的创建&布局,viewdidload阶段会耗时100ms左右。目前的解决方案是把其中密码输入框视图延迟到viewdidappear里加载,对密码错误提示视图做成懒加载,耗时降低到30m左右。

通过instruments的time profiler分析,优化后启动速度有明显提升,didfinishlaunchingwithoptions耗时在75ms左右(iphone6s ios10.3.3)

阿里数据iOS端启动速度优化心得

启动耗时..png

其中目前耗时最多的是快捷密码验证页(papasscodeviewcontroller)的创建&布局,其次是dtlaunchviewcontrolle里对是否要显示广告页的判断代码。可以看到papasscodeviewcontroller的viewdidappear耗时了78ms,但已经没有太大关系,此时用户已经看到了页面,准备去验证指纹/密码了。

总结&后续规划

1. 总结

总结起来,好像启动速度优化就一句话:让系统在启动期间少做一些事。当然我们得先清楚工程里做的哪些事是在启动期间做的、对启动速度的影响有多大,然后case by case地分析工程代码,通过放到子线程、延迟加载、懒加载等方式让系统在启动期间更轻松些。

2. 后续规划

2.1. 替代部分庞大的库,采用更轻量级的解决方案。

2.2. 整理代码,去除重复的实现,避免出现功能重复的类&分类&方法。

2.3. 梳理和移除已经下线的业务涉及的类&分类&方法。

2.4. 监控好灰度版本启动速度的变化趋势,尽早发现&解决拖慢启动速度的问题。