iOS App的启动与优化

App的启动流程

App启动分为冷启动和热启动

  • 冷启动:从0开始启动App
  • 热启动:App已经在内存中,但是后台还挂着,再次点击图标启动App。

一般对App启动的优化都是针对冷启动。

App冷启动可分为三个阶段:

  1. dyld:加载镜像、动态库
  2. RunTime方法
  3. main函数初始化

动态库vs静态库

静态库:一堆.o文件的集合(通常是.a后缀),还没有被链接过,缺点是产物体积比较大,优点是链接到App之后体积比较小。

动态库:一个已经链接完全的镜像,优点是产物体积比较小,缺点是链接到App之后体积比较大。

两者最大的区别就是静态库没有被链接过,而动态库被链接过。

一.dyld

dyld是app的**动态链接器。**主要可以用来装载Mach-O文件(可执行文件、动态库等)

启动APP时,dyld所做的事情有:

加载过程从exec()函数开始,这是一个系统调用。操作系统首先为进程分配一段内存空间。然后执行以下操作:

  • 1.把App的可执行文件加载到内存
  • 2.把dyld加载到内存
  • 3.dyld进行动态链接

具体内容:

  • 1、加载动态库
    • Dyld从主执行文件的header获取到需要加载的所依赖动态库列表,然后它需要找到每个 dylib,而应用所依赖的 dylib 文件可能会再依赖其他 dylib,所以所需要加载的是动态库列表一个递归依赖的集合
  • 2、Rebase和Binding
    • 1、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)

    • 2、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

二.RunTime阶段

dyld阶段结束之后就进入RunTime阶段,这个阶段主要进行如下内容:

1、Objc setup

  • 1、注册Objc类 (class registration)
  • 2、把category的定义插入方法列表 (category registration)
  • 3、保证每一个selector唯一 (selector uniquing)

2、Initializers

  • 1、Objc的+load()函数
  • 2、C++的构造函数属性函数
  • 3、非基本类型的C++静态全局变量的创建(通常是类或结构体)

三.main()函数初始化

App的启动由dyld主导,把可执行文件加载到内存,并且加载所有依赖的动态库,并由RunTime负责加载成objc定义的结构,所有初始化工作结束后,dyld就会调用mainn函数 接下来就是UIApplicationMain函数,AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

这个里面往往是最占用启动时间的地方,同时也是我们最为可控的地方。

• 进入 main() 函数,启动应用。

• 执行 UIApplicationMain() 函数,创建 UIApplication 对象并设置 AppDelegate。

• 加载应用的主 UI,包括 storyboard 或 xib 文件,以及 AppDelegate 的各种生命周期方法,如 application:didFinishLaunchingWithOptions:。

四.首屏渲染阶段

初始化rootViewController,加载和渲染界面

渲染完成后,用户将看到应用的首屏。

App冷启动流程总结:

1. dyld 加载阶段:

• 动态链接器 dyld 负责加载应用的可执行文件及其依赖的动态库。此时,系统将会做如下工作:

• 查找应用的可执行文件和动态库

• 将它们加载到内存中

• 进行符号解析和绑定

• 执行初始化函数(如 +load 方法和静态构造函数)

2. runtime 初始化阶段:

• ObjC 运行时对类和分类进行注册。

• 执行各类 +load 方法,这个阶段还会进行一些 Swift 类的初始化。

3. main() 函数执行阶段:

• 进入 main() 函数,启动应用。

• 执行 UIApplicationMain() 函数,创建 UIApplication 对象并设置 AppDelegate。

• 加载应用的主 UI,包括 storyboard 或 xib 文件,以及 AppDelegate 的各种生命周期方法,如 application:didFinishLaunchingWithOptions:。

4. 首屏渲染阶段:

• 初始化 rootViewController,加载和渲染界面。

• 渲染完成后,用户将看到应用的首屏。

+load与+initialize

1、+load

(1)+load方法是一定会在runtime中被调用的。只要类被添加到runtime中了,就会调用+load方法,因此+load方法总是在main函数之前调用

(2)+load方法不会覆盖 。也就是说,如果子类实现了+load方法,那么会先调用父类的+load方法(无需手动调用super),然后又去执行子类的+load方法。

(3)+load方法只会调用一次。

(4)+load方法执行顺序是:类 -> 子类 ->分类。而不同分类之间的执行顺序不一定,依据在Compile Sources中出现的顺序(先编译,则先调用,列表中在下方的为"先")。

(5)+load方法是函数指针调用,即遍历类中的方法列表,直接根据函数地址调用。如果子类没有实现+load方法,子类也不会自动调用父类的+load方法。

2、+initialize

(1)+initialize方法是在类或它的子类收到第一条消息之前被调用的,这里所指的消息包括实例方法和类方法的调用。因此+initialize方法总是在main函数之后调用

(2)+initialize方法只会调用一次。

(3)+initialize方法实际上是一种惰性调用,如果一个类一直没被用到,那它的+initialize方法也不会被调用,这一点有利于节约资源。

(4)+initialize方法会覆盖 。如果子类实现了+initialize方法,就不会执行父类的了,直接执行子类本身的。如果分类实现了+initialize方法,也不会再执行主类的。

(5)+initialize方法的执行覆盖顺序是:分类 -> 子类 ->类。且只会有一个+initialize方法被执行

(6)+initialize方法是发送消息(objc_msgSend()),如果子类没有实现+initialize方法,也会自动调用其父类的+initialize方法。

3、两者的异同

(1)相同点

  1. load和initialize会被自动调用,不能手动调用它们。
  2. 子类实现了load和initialize的话,会隐式调用父类的load和initialize方法。
  3. load和initialize方法内部使用了锁,因此它们是线程安全的。

(2)不同点

  1. 调用顺序不同,以main函数为分界,+load方法在main函数之前执行,+initialize在main函数之后执行。(存疑)
  2. 子类中没有实现+load方法的话,子类不会调用父类的+load方法;而子类如果没有实现+initialize方法的话,也会自动调用父类的+initialize方法。
  3. +load方法是在类被装在进来的时候就会调用,+initialize在第一次给某个类发送消息时调用(比如实例化一个对象),并且只会调用一次,是懒加载模式,如果这个类一直没有使用,就不回调用到+initialize方法。

4、使用场景

(1)+load一般是用来交换方法,由于它是线程安全的,而且一定会调用且只会调用一次,通常在使用UrlRouter的时候注册类的时候也在+load方法中注册。
(2)+initialize方法主要用来对一些不方便在编译期初始化的对象进行赋值,或者说对一些静态常量进行初始化操作。

冷启动时间优化

1.减少动态库(dyld阶段)

一般不多于6个,多余需要进行合并,动态库越多,dyld阶段加载时间越长。

2.减少类和方法的数量

3.延迟初始化(rebase/Binging阶段)

尽量延迟一些不必要的初始化工作,不要在启动时立即初始化所有对象。可以使用懒加载将一些初始化放到用户需要时再进行,以减轻启动阶段的负担。

4. 避免 +load 方法的使用(Initializers阶段)

+load 方法会在 dyld 加载阶段执行,建议用 +initialize 或者在合适的地方延迟执行初始化逻辑,避免阻塞启动流程。

5.优化 AppDelegate(main()阶段)

application:didFinishLaunchingWithOptions: 方法应保持精简,避免在这里进行耗时的操作。将一些耗时任务放到后台队列中异步执行。

6.减少主线程阻塞

启动阶段尽量避免主线程的耗时操作,如文件 I/O、网络请求等。将这些操作放到子线程处理,以免阻塞界面渲染。

7.预编译和瘦身

移除未使用的代码、图片等资源,精简应用的体积,从而减少加载时间。

尽量减少 storyboard 的使用,尤其是大而复杂的 storyboard,可以分解成多个小的 storyboard 或者使用纯代码实现界面。

8.启动时的网络请求

尽量避免在启动时进行同步的网络请求,如果必须请求,可以在启动完成后或在后台进行异步请求,以减少对启动时间的影响。

参考:

iOS--App启动过程及优化_ios启动优化-CSDN博客

https://juejin.cn/post/6951591401528229895?searchId=202502182003101C89E818EB9B45117D0A

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