然后说一下这个，启动优化

启动优化

  1. 启动时间:从用户点击app图标开始到 AppDelegate 的didFinishLaunching
  2. 冷启动: 内存中不包含app相关数据的启动，一般我们可以通过重启手机来实现冷启动
    1. 热启动: 是指杀掉app进程后，数据仍然存在时的启动
  3. 启动优化 -> T1 + T2 需要启动优化的部分
    1. T1: pre-main阶段, 即main函数之前, 操作系统加载APP可执行文件到内存,执行一系列加载&链接等工作 -> dyld加载过程.
    2. main函数之后, 即从main函数开始, 到Appdelegate到didFinishLaunching方法执行完成为止, 主要是构建第一个界面,并完成渲染.

main函数之前的部分

Edit Scheme -> Run -> Arguments -> Environment Variables ->

添加’DYLD_PRINT_STATISTICS’设为1

image.png

pre-main字段说明

  • dylib loading time（动态库耗时）
  • rebase/binding time（偏移修正/符号绑定耗时）
    • rebase（偏移修正）:任何一个app生成的二进制文件，在二进制文件内部所有的方法、函数调用，都有一个地址，这个地址是在当前二进制文件中的偏移地址。一旦在运行时刻（即运行到内存中），每次系统都会随机分配一个ASLR（Address Space Layout Randomization，地址空间布局随机化）地址值（是一个安全机制，会分配一个随机的数值，插入在二进制文件的开头），例如，二进制文件中有一个 test方法，偏移值是0x0001，而随机分配的ASLR是0x1f00，如果想访问test方法，其内存地址（即真实地址）变为 ASLR+偏移值 = 运行时确定的内存地址（即0x1f00+0x0001 = 0x1f01）
    • binding（绑定）：，例如NSLog方法，在编译时期生成的mach-o文件中，会创建一个符号！NSLog（目前指向一个随机的地址），然后在运行时（从磁盘加载到内存中，是一个镜像文件），会将真正的地址给符号（即在内存中将地址与符号进行绑定，是dyld做的，也称为动态库符号绑定），一句话概括：绑定就是给符号赋值的过程
  • ObjC setup time (OC类注册的耗时）：OC类越多，越耗时
  • initializer time（执行load和构造函数的耗时）

优化建议:

  1. 尽量少用外部动态库，苹果官方建议自定义的动态库最好不要超过6个，如果超过6个，需要合并动态库
  2. OC类越多越耗时
  3. 将不必须在+load方法中做的事情延迟到+initialize中，尽量不要用C++虚函数
  4. 如果是swift，尽量使用struct

main函数阶段的优化

didFinishLaunching方法中，主要是执行了各种业务，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。

didFinishLaunching中业务主要类型
  1. 【第一类】初始化第三方sdk
  2. 【第二类】app运行环境配置
  3. 【第三类】自己工具类的初始化等

main函数阶段的优化建议:

  • 减少启动初始化的流程，能懒加载的懒加载，能延迟的延迟，能放后台初始化的放后台，尽量不要占用主线程的启动时间
  • 优化代码逻辑，去除非必须的代码逻辑，减少每个流程的消耗时间
  • 启动阶段能使用多线程来初始化的，就使用多线程
  • 尽量使用纯代码来进行UI框架的搭建，尤其是主UI框架，例如UITabBarController。尽量避免使用Xib或者SB，相比纯代码而言，这种更耗时
  • 删除废弃类、方法

二进制重排原理

原理:

当进程访问一个虚拟内存page，而对应的物理内存不存在时，会触发缺页中断（Page

Fault），因此阻塞进程。此时就需要先加载数据到物理内存，然后再继续访问。这个对性能是有一定影响的。

基于Page Fault，我们思考，App在冷启动过程中，会有大量的类、分类、三方等需要加载和执行，此时的产生的Page Fault所带来的的耗时是很大的。

查看当前项目的缺页终端

  1. cmd + i 性能分析, 需要让子弹飞一会儿
  2. 选择System Trace
  3. 如下图配置查看缺页中断次数

image.png

从上面的Page Fault的次数以及加载顺序，可以发现其实导致Page
Fault次数过多的根本原因是启动时刻需要调用的方法，处于不同的Page导致的。因此，我们的优化思路就是：将所有启动时刻需要调用的方法，排列在一起，即放在一个页中，这样就从多个Page
Fault变成了一个Page Fault。这就是二进制重排的核心原理

查看文件执行顺序

  1. Build Setting -> Write Link Map File设置为YES, 如下图配置

image.png

  1. CMD+B编译demo，然后在对应的路径下查找 link map文件，如下所示，可以发现 类中函数的加载顺序是从上到下的，而文件的顺序是根据Build Phases -> Compile Sources中的顺序加载的
  2. Link Map是iOS编译过程的中间产物，记录了二进制文件的布局，需要在Xcode的Build Settings里开启Write Link Map File
1. Object Files 生成二进制用到的link单元的路径和文件编号
2. Sections 记录Mach-O每个Segment/section的地址范围
3. Symbols 按顺序记录每个符号的地址范围

ld

ld是Xcode使用的链接器，有一个参数order_file，我们可以通过在Build Settings -> Order

File配置一个后缀为order的文件路径。在这个order文件中，将所需要的符号按照顺序写在里面，在项目编译时，会按照这个文件的顺序进行加载，以此来达到我们的优化

-> 二进制重排的本质就是对启动加载的符号进行重新排列.

获取启动运行的函数呢
  1. hook objc_msgSend：我们知道，函数的本质是发送消息，在底层都会来到objc_msgSend，但是由于objc_msgSend的参数是可变的，需要通过汇编获取，对开发人员要求较高。而且也只能拿到OC 和 swift中@objc 后的方法
  2. 静态扫描：扫描 Mach-O 特定段和节里面所存储的符号以及函数数据
  3. Clang插桩：即批量hook，可以实现100%符号覆盖，即完全获取swift、OC、C、block函

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。我们这里的批量hook，就需要借助于SanitizerCoverage。

SanitizerCoverage官方文档(https://links.jianshu.com/go?to=https%3A%2F%2Fclang.llvm.org%2Fdocs%2FSanitizerCoverage.html%23tracing-

pcs)

AppOrderFiles

  1. 使用AppOrderFiles
  2. 在 Build Settings 里的 “Other C Flags” 中添加 -fsanitize-coverage=func,trace-pc-guard
    1. 如果是Swift项目，还需要额外在 “Other Swift Flags” 中加入-sanitize-coverage=func 和 -sanitize=undefined
//当然通过pod导入的, 可以在podfile配置也可以

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

源码解析

//原子队列，其目的是保证写入安全，线程安全

static  OSQueueHead queue = OS_ATOMIC_QUEUE_INIT;

//定义符号结构体，以链表的形式

typedef struct {

    void *pc;

    void *next;

}CJLNode;

/*

 - start：起始位置
 - stop：并不是最后一个符号的地址，而是整个符号表的最后一个地址，最后一个符号的地址=stop-4（因为是从高地址往低地址读取的，且stop是一个无符号int类型，占4个字节）。stop存储的值是符号的
 */
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start,
                                                    uint32_t *stop) {
    static uint64_t N;
    if (start == stop || *start) return;
    printf("INIT: %p - %p\n", start, stop);
    for (uint32_t *x = start; x < stop; x++) {
        *x = ++N;
    }
    

}

/*

 可以全面hook方法、函数、以及block调用，用于捕捉符号，是在多线程进行的，这个方法中只存储pc，以链表的形式

 - guard 是一个哨兵，告诉我们是第几个被调用的
 */
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t *guard) {
//    if (!*guard) return;//将load方法过滤掉了，所以需要注释掉
    

    //获取PC

    /*

     - PC 当前函数返回上一个调用的地址
     - 0 当前这个函数地址，即当前函数的返回地址
     - 1 当前函数调用者的地址，即上一个函数的返回地址
    */
    void *PC = __builtin_return_address(0);
    //创建node，并赋值
    CJLNode *node = malloc(sizeof(CJLNode));
    *node = (CJLNode){PC, NULL};
    

    //加入队列

    //符号的访问不是通过下标访问，是通过链表的next指针，所以需要借用offsetof（结构体类型，下一个的地址即next）

    OSAtomicEnqueue(&queue, node, offsetof(CJLNode, next));

}

获取所有符号并写入文件

注意:只要是汇编中的跳转都会被hook, 既有b,bl的指令都会被hook

extern void getOrderFile(void(^completion)(NSString *orderFilePath)){

    collectFinished = YES;

    __sync_synchronize();

    NSString *functionExclude = [NSString stringWithFormat:@"_%s", __FUNCTION__];

    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(0.01 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{

        //创建符号数组

        NSMutableArray<NSString *> *symbolNames = [NSMutableArray array];

        //while循环取符号

        while (YES) {

            //出队

            CJLNode *node = OSAtomicDequeue(&queue, offsetof(CJLNode, next));

            if (node == NULL) break;

            //取出PC,存入info

            Dl_info info;

            dladdr(node->pc, &info);

//            printf("%s \n", info.dli_sname);

            if (info.dli_sname) {

                //判断是不是OC方法，如果不是，需要加下划线存储，反之，则直接存储

                NSString *name = @(info.dli_sname);

                BOOL isObjc = [name hasPrefix:@"+["] || [name hasPrefix:@"-["];

                NSString *symbolName = isObjc ? name : [@"_" stringByAppendingString:name];

                [symbolNames addObject:symbolName];

            }

        }

        if (symbolNames.count == 0) {

            if (completion) {

                completion(nil);

            }

            return;

        }

        //取反（队列的存储是反序的）

        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];

            }

        }

        //去掉自己

        [funcs removeObject:functionExclude];

        //将数组变成字符串

        NSString *funcStr = [funcs componentsJoinedByString:@"\n"];

        NSLog(@"Order:\n%@", funcStr);

        //字符串写入文件

        NSString *filePath = [NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"cjl.order"];

        NSData *fileContents = [funcStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

        BOOL success = [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:fileContents attributes:nil];

        if (completion) {

            completion(success ? filePath : nil);

        }

    });

}

配置order文件

通过上面的方法生成order文件后, 配置 -> Build Setting -> Order File -> ./xxx.order

正文完
发表至： C++ 技术教程
2023-07-11