1.冷发动

1.1 什么是冷发动？

冷发动是指内存中不包括该应用程序相关的数据，必需求从磁盘载入到内存中的发动进程。

注意：从头翻开 APP，不一定便是冷发动。

当内存不足，APP被体系主动杀死后，再发动便是冷发动。
假如在从头翻开 APP 之前，APP 的相关数据还存储在内存中，这时再翻开 APP，便是热发动
冷发动与热发动是由体系决议的，咱们无法决议。
当然设备重启今后，第一次翻开 APP 的进程，一定是冷发动。

1.2 如何计算冷发动耗时？

一般来讲，计算 APP 发动时长，以main 函数为节点,分两个大阶段：

main 函数之后的代码，是咱们自己写的，咱们能够自行计算进入 main 函数到第一个界面显示的耗时。

- 在main 函数里打印一下当时的时间，
- 在第一个要显示的控制器的viewDidLoad 办法中打印一下当时时间
- 两个时间的差值，即为main函数后的加载时长。

main 函数之前，为pre-main阶段，由所以体系在做工作，这段时间的耗时，咱们没办法直接计算，需求查 看体系给咱们的反应。

1.2.1 pre-main阶段都做了什么？

接下来看一下项目中的pre-main阶段的耗时。

检查体系给的反应需求 添加一个环境变量，
添加路径：在 Xcode -> Edit Scheme -> Run -> Arguments -> Environment Variables 中，
添加一个环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS:1。

下图是我项目的加载耗时：

耗时进程分为以下4部分：

dylib loading time : 是指动态库加载的耗时，体系的动态库做过优化，耗时较少。 苹果官方推荐最多不要超过6个外部动态库，多余6个，需求考虑兼并动态库，兼并动态库对于发动时期的优化，十分有效。 像微信的动态库前期有八九个，现在也优化成6个了。
rebase/binding

rebase：是指地址的 偏移批改耗时。

- 在编译生成二进制文件的时分，每个函数都有一个地址，这个地址是相对于二进制文件的偏移地址。
- 在发动时，也便是在二进制文件在加载到虚拟内存的时分，为了安全起见，苹果有个安全机制（ASLR），会在整个二进制文件的最前面，随机加一个偏移值。
- 比方 A 函数，相对于二进制文件的偏移值是 0x003。发动时，整个二进制文件被分配了一个随机值0x100。那么A 函数在内存中的实际地址是 0x003 + 0x100 = 0x103。
- 偏移批改指的便是计算办法在虚拟内存中的地址的进程！

binding: 动态库的办法绑定，是指将办法姓名与办法的完成进行绑定进程的耗时。

- 比方 NSLog 办法，在加载的时分需求先找到Foundation库，再找到库里的NSLog的办法的完成，将办法姓名和办法完成绑定在一起。

Objc setup time: 注册一切 OC类 耗时， 类越多耗时越多，有人计算过2万个自界说的OC的类，大约耗时800毫秒。删去不用的类，能够削减耗时。
initializer time:load办法和 C++结构函数的耗时.削减重写load办法，尽量将工作延迟到 main 办法今后，能够削减耗时。
slowest intializers : 指出了最耗时的几个库是下面的6个库（最后一个是我的项目）。

1.2.2 pre-main阶段耗时优化办法总结：

削减外部动态库的数量
不用的类和办法，删去
类尽量运用懒加载，也便是尽量不要重写load办法。
发动时加载的数据运用多线程
运用纯代码。不用xib storyboard(要额外进行代码解析转化和页面的渲染)

以上办法，都是和自己的项目代码息息相关的优化计划。不同项目具体是实施动作不相同。

还有一个优化办法，不管是什么项目，实施动作都相同 ，对什么项目都有效，那便是二进制重排！

2. 二进制重排

学习二进制重排，首先要知道数据是如何加载到内存中的 。

咱们已经知道数据加载到内存的进程，当虚拟内存页还没有对应的物理内存页时，会呈现缺页反常（PageFault）。

当冷发动时，物理内存中是没有数据的，这时会呈现很多的缺页反常，在iOS出产环境的app，在发生Page Fault进行从头加载时，iOS体系还会对其做一次签名验证，因此 iOS 出产环境的 Page Fault 比Debug环境下所产生的耗时更多

这儿有没有优化空间呢？接下来便是优化计划：二进制重排！

在了解二进制重排之前，再了解下在项目编译生成二进制文件的时分，类及其内部办法完成的摆放次序是什么样的呢？

2.2.1 二进制文件中办法完成排序是什么样的？

在 viewController 中，先随意写几个办法。

再看下源文件的编译次序

接下来检查 Link Map文件检查符号次序， 检查办法：

翻开link map

****

编译生成link map 文件
找到link map 文件

项目目录中，生成的 app 右键，show in Finder

进入Intermediates.noindex ->TraceDemo.build -> Debug-iphonesimulator -> TraceDemo.build -> TraceDemo-LinkMap-normal-x86_64.txt

翻开link map 文件，找到自己的类及办法的姓名

5.咱们能够直观的看出 link map中符号的次序，类是以源文件的编译次序，从上到下按序摆放。办法名是以类中办法的书写次序，由上到下排序。

2.2.2 为什么需求二进制重排？

从源码的履行次序上看，应该是 load -> test2 -> viewDidLoad -> test1.

可是二进制文件中符号的次序是办法从上到下的书写次序，没有依照调用次序去摆放。

在冷发动分页加载二进制文件时，发现很多页中都有发动时需求用到的办法，那么即使页里边也存在发动时不需求的办法，可是由于内存是分页管理的，要加载就要整页加载。这样就导致了很多不需求在 pre-main 阶段履行的办法，也会被加载到内存中，添加了发动的耗时。

例如，发动需求加载100个页，每个页能够包括20个办法。可是每个页里只有2个办法是发动时后用到的。这样实际上发动时必需求的办法是2 * 100 = 200个，假如将这200个办法紧挨着放在一起，那么只需求2页。比100个页，削减了98页。这样耗时就会大大下降。

2.2.3如何进行二进制重排？

1. 二进制重排的办法

在项目编译生成二进制文件的时分，找到发动时需求的办法，并且将它们放在一起 从头排序，这便是二进制重排。

两个要害点：找到发动时需求办法 & 办法 的重排序

2.办法的重排序：

重排序其实很简单。xcode已经为咱们提供了这个机制，它运用的链接器叫做 ld, ld有一个参数叫做Order File, 咱们能够经过配置order文件，来使编译时生成的二进制的文件的Link Map种的符号次序，依照咱们指定的次序摆放生成。并且 libobjc 实际上也做了二进制重排 。

【第一步】在项目根目录下建一个xxx.order的文件，里边写上依照自己想摆放的次序，写上办法或许函数的姓名。（假如写了一个不存在的符号，也不会报错，会被主动过滤掉~）

【第二步】在 Build Settings搜索order file的文件。将项目根目录创立的文件，设置上去。

【第三步】从头编译，检查 Link Map 文件的次序，果然，依照咱们指定的次序摆放啦！

3. 静态插桩 – 找到冷发动时的一切办法

接下来，需求做的便是写入 order 文件里的符号了，咱们不可能手写上一切的发动时需求的履行的符号，这儿的一切符号包括，调用的办法、函数、C++结构办法、swift办法、block。

这儿运用LLVM 内置的简单代码覆盖率检测工具（SanitizerCoverage）。它在边际、 函数、基本块 等级上刺进对用户界说函数的调用。

edge（默许）：检测边际（一切的指令跳转都会被刺进对用户界说函数的调用, 如循环、分支判断、办法函数等）。
bb：检测基本块。
func：仅将检测每个 功能的输入块(这个便是咱们要重排序的符号)。

依照文档，

【第1步】搜索并设置Other C Flags/ Other C++ Flags为 ****-fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard （这儿要用func, 不能用默许的edge, 不然会形成死循环）。
假如有swift ，需求设置Other Swift Flags设置为**** -sanitize-coverage=func -sanitize=undefined

【第2步】编译器将刺进对模块结构函数的调用，所以咱们要完成这个办法：

__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop);

经过打印start, stop 地址的内容，从 start 地址开始，到 stop 地址的前4位，存储的是 uint32 的1-19的数字。

咱们能够从这个函数中知道, 当时项目中自界说的功能输入块的数量。

【第3步】编译器会在生成二进制文件的时分，在每个func调用之初，刺进以下代码：

__sanitizer_cov_trace_pc_guard(&guard_variable)

也便是说，每个办法在履行的时分，都会调用上面这个办法。 接下来：

- 1. 咱们要完成这个办法，并在这个办法里，获取到本办法结束后要回来的地址

// 获取到本办法结束后，要回来的地址去，这个地址包括在被hook的办法内部，但不是被hook 的办法的首地址
void *PC = __builtin_return_address(0);

- 1. 并将地址保存一个体系的原子行列（( 底层实际上是个栈结构 , 使用行列结构 + 原子性来保证次序 )）中，运用原子行列，是为了避免多线程资源抢夺。原子行列的存值办法如下:

// 将结构体存入到原子行列中。
// offsetof(type,member) 回来结构体中成员的偏移值，由于指针PC是8字节，所以这儿回来8字节。
// 详见下图
OSAtomicEnqueue(&symbolList, node, offsetof(SYNode, next));

每个 SYNode 首地址都距离上一个偏移 PC 所占的字节数。这样做的妙处便是，每个SYNode 的next 的地址，恰巧便是下一个结构体的地址。这样方便获取行列里边的一切数据。

【第4步】咱们在点击屏幕的事件中

- 把存储到原子行列中的地址遍历出来，
- 根据地址获取当时地址地点的办法的名称并存入数组中，

typedef struct dl_info {
        const char      *dli_fname;     /* 地点文件 */
        void            *dli_fbase;     /* 文件地址 */
        const char      *dli_sname;     /* 符号名称 */
        void            *dli_saddr;     /* 函数起始地址 */
} Dl_info;
//这个函数能经过函数内部地址找到函数符号
int dladdr(const void *, Dl_info *);

- 由于原子行列是栈结构，先进后出，所以咱们需求将数组倒序摆放
- 由于办法可能会被屡次调用，咱们需求去重
- 再将最后咱们当时点击屏幕的办法删去掉
- 将办法姓名的数组，转成字符串，写到沙盒文件中

完整代码如下：

//
//  ViewController.m
//  TraceDemo
//
//  Created by hank on 2020/3/16.
//  Copyright  2020 hank. All rights reserved.
//
#import "ViewController.h"
#import <dlfcn.h>
#import <libkern/OSAtomic.h>
#import "TraceDemo-Swift.h"
@interface ViewController ()
@end
@implementation ViewController
+(void)initialize
{
}
void(^block1)(void) = ^(void) {
};
void test(){
    block1();
}
+(void)load
{
}
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [SwiftTest swiftTestLoad];
    test();
}
-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSMutableArray <NSString *> * symbolNames = [NSMutableArray array];
    while (YES) {
        SYNode * node = OSAtomicDequeue(&symbolList, offsetof(SYNode, next));
        if (node == NULL) {
            break;
        }
        Dl_info info;
        dladdr(node->pc, &info);
        NSString * name = @(info.dli_sname);
        BOOL  isObjc = [name hasPrefix:@"+["] || [name hasPrefix:@"-["];
        NSString * symbolName = isObjc ? name: [@"_" stringByAppendingString:name];
        [symbolNames addObject:symbolName];
    }
    //取反
    NSEnumerator * emt = [symbolNames reverseObjectEnumerator];
    //去重
    NSMutableArray<NSString *> *funcs = [NSMutableArray arrayWithCapacity:symbolNames.count];
    NSString * name;
    while (name = [emt nextObject]) {
        if (![funcs containsObject:name]) {
            [funcs addObject:name];
        }
    }
    //移除本办法
    [funcs removeObject:[NSString stringWithFormat:@"%s",__FUNCTION__]];
    //将数组变成字符串
    NSString * funcStr = [funcs  componentsJoinedByString:@"\n"];
    NSString * filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"demo.order"];
    NSData * fileContents = [funcStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];
    NSLog(@"%@",funcStr);
}
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
                                                    uint32_t *stop) {
  static uint64_t N;  // Counter for the guards.
  if (start == stop || *start) return;  // Initialize only once.
  printf("INIT: %p %p\n", start, stop);
  for (uint32_t *x = start; x < stop; x++)
    *x = ++N;  // Guards should start from 1.
}
//原子行列
static  OSQueueHead symbolList = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;
//界说符号结构体
typedef struct {
    void *pc;
    void *next;
}SYNode;
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
    // 会导致load 办法被return
//    if (!*guard) return; 
    // 获取到本办法结束后，要回来的地址去，这个地址包括在被hook的办法内部，但不是被hook 的办法的首地址
    void *PC = __builtin_return_address(0);
    SYNode *node = malloc(sizeof(SYNode));
    *node = (SYNode){PC,NULL};
    //进入
    OSAtomicEnqueue(&symbolList, node, offsetof(SYNode, next));
}
@end

2.2.4 如何验证二进制重排的作用？

1.检查缺页反常数量Page Fualt：

检查一下项目的缺页反常数量。注意需求卸载 APP 或许重启手机，来保证这个APP完全没有被加载到内存中，由于假如物理内存中有该APP的数据，
翻开 Instrument ->System Trace

3.挑选真机、项目、点击发动，当第一个页面显示出来后，点击中止。

xcode 12搜索main thread, 挑选Virtual Memory，File Backed Page in 便是缺页反常的数量

优化前：项目的缺页遗产数量是427

优化后：

优化前：项目的缺页遗产数量是286

削减了发动时大约40%的缺页反常~

3.主动更新order 文件

随着代码迭代，order文件需求更新，每次手动更新很麻烦，所以需求主动更新。

brew install ios-deploy
APP_ORDER_DIR=appOrderDir
APP_ORDER=./$APP_ORDER_DIR/Documents/app.order
mkdir $APP_ORDER_DIR
ios-deploy --download=/Documents --bundle_id $PRODUCT_BUNDLE_IDENTIFIER --to ./$APP_ORDER_DIR
if [ -e $APP_ORDER ] ;then
cp -f $APP_ORDER ./Resource/app.order
fi
rm -r $APP_ORDER_DIR

【补充xcode13】检查缺页反常的办法

挑选真机、项目、点击发动，当第一个页面显示出来后，点击中止。

使用二进制重排 & Clang插桩技术对iOS冷启动做优化太爽了

1.冷发动

1.1 什么是冷发动？

1.2 如何计算冷发动耗时？

1.2.1 pre-main阶段都做了什么？

1.2.2 pre-main阶段耗时优化办法总结：

2. 二进制重排

2.2.1 二进制文件中办法完成排序是什么样的？

2.2.2 为什么需求二进制重排？

2.2.3如何进行二进制重排？

1. 二进制重排的办法

2.办法的重排序：

3. 静态插桩 – 找到冷发动时的一切办法

2.2.4 如何验证二进制重排的作用？

1.检查缺页反常数量Page Fualt：

3.主动更新order 文件

青山不改，绿水常流。谢谢我们！

作者信息

推广

使用二进制重排 & Clang插桩技术对iOS冷启动做优化太爽了

1.冷发动

1.1 什么是冷发动？

1.2 如何计算冷发动耗时？

1.2.1 pre-main阶段都做了什么？

1.2.2 pre-main阶段耗时优化办法总结：

2. 二进制重排

2.2.1 二进制文件中办法完成排序是什么样的？

2.2.2 为什么需求二进制重排？

2.2.3如何进行二进制重排？

1. 二进制重排的办法

2.办法的重排序：

3. 静态插桩 – 找到冷发动时的一切办法

2.2.4 如何验证二进制重排的作用？

1.检查缺页反常数量Page Fualt：

3.主动更新order 文件

青山不改，绿水常流。谢谢我们！

相关文章

iOS16新特性 | 灵动岛适配开发与到家业务场景结合的探索实践

粒子相册（下）

【Atcoder】AtCoder Regular Contest 144 E – GCD of Path Weights | 图论、构造

提升开发能力的5中 Bash 字符串操作方法

作者信息

推广