問題，APP啟動(dòng)慢，從啟動(dòng)到展示主頁面視圖需要5秒以上。
首先，研究APP啟動(dòng)流程。
優(yōu)化方向，main函數(shù)之前和main函數(shù)之后。
1.mach-O
哪些名詞指的是Mach-O
Executable 可執(zhí)行文件
Dylib 動(dòng)態(tài)庫
Bundle 無法被連接的動(dòng)態(tài)庫，只能通過dlopen()加載
Image 指的是Executable，Dylib或者Bundle的一種，文中會(huì)多次使用Image這個(gè)名詞。
Framework 動(dòng)態(tài)庫和對(duì)應(yīng)的頭文件和資源文件的集合
Apple出品的操作系統(tǒng)的可執(zhí)行文件格式幾乎都是mach-O，iOS當(dāng)然也不例外。mach-o可以大致分為三部分：
Header頭部，包含可以執(zhí)行的CPU架構(gòu)，比如x86，arm64
Load commands 加載命令，包含文件的組織架構(gòu)和在虛擬內(nèi)存中的布局方式
Data，數(shù)據(jù)，包含load commands中需要的各個(gè)段(segment)的數(shù)據(jù)，每個(gè)Segment的大小都是Page的整數(shù)倍。
我們用MachOView打開Demo工程的可以執(zhí)行文件，來驗(yàn)證下mach-o的文件布局：
那么Data部分又包含那些segment呢？絕大多數(shù)mach-o包括以下三個(gè)階段（支持用戶自定義Segment，但是很少使用）
__TEXT代碼段，只讀，包含函數(shù)，和只讀的字符串，上圖中類似__TEXT,__text的都是代碼段
__Data數(shù)據(jù)段，讀寫，包括可讀寫的全局變量等，__DATA,__data都是數(shù)據(jù)段
__LINKEDIT包含了方法和變量的元數(shù)據(jù)(位置，偏移量)，以及代碼簽名等信息。
關(guān)于mach-o更多細(xì)節(jié)，可以看看文檔：《Mac OS X ABI Mach-O File Format Reference》
2.dyld
dyld的全稱是dynamic loader，它的作用是加載一個(gè)進(jìn)程所需要的image，dyld是開源的。
3.Virtual Memory
虛擬內(nèi)存是在物理內(nèi)存上建立的一個(gè)邏輯地址空間，它向上（應(yīng)用）提供了一個(gè)連續(xù)的邏輯地址空間，向下隱藏了物理內(nèi)存的細(xì)節(jié)。
虛擬內(nèi)存使得邏輯地址可以沒有實(shí)際的物理地址，也可以讓多個(gè)邏輯地址對(duì)應(yīng)到一個(gè)物理地址。
虛擬內(nèi)存被劃分為一個(gè)個(gè)大小相同的Page（64位系統(tǒng)上是16KB），提高管理和讀寫的效率。 Page又分為只讀和讀寫的Page。
4.Page fault
在應(yīng)用執(zhí)行的時(shí)候，它被分配的邏輯地址空間都是可以訪問的，當(dāng)應(yīng)用訪問一個(gè)邏輯Page，而在對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存中并不存在的時(shí)候，這時(shí)候就發(fā)生了一次Page fault。當(dāng)Page fault發(fā)生的時(shí)候，會(huì)中斷當(dāng)前的程序，在物理內(nèi)存中尋找一個(gè)可用的Page，然后從磁盤中讀取數(shù)據(jù)到物理內(nèi)存，接著繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前程序。
5.Dirty Page & Clean Page
如果一個(gè)Page可以從磁盤上重新生成，那么這Page稱為Clear Page
如果一個(gè)Page包含了進(jìn)程相關(guān)信息，那么這個(gè)Page稱為Dirty Page
像代碼段這種只讀的Page就是Clean Page。而數(shù)據(jù)段(__DATA)這種讀寫的Page，當(dāng)寫數(shù)據(jù)發(fā)生的時(shí)候，會(huì)觸發(fā)CO(Copy on write)，也就是寫時(shí)復(fù)制，Page會(huì)被標(biāo)記成Dirty，同時(shí)會(huì)被復(fù)制。
想要了解更多細(xì)節(jié)，可以閱讀文檔：Memory Usage Performance Guidelines
6.啟動(dòng)過程
使用dyld2啟動(dòng)應(yīng)用的過程如圖：
大致的過程如下：
加載dyld到App進(jìn)程
加載動(dòng)態(tài)庫（包括所依賴的所有動(dòng)態(tài)庫）
Rebase
Bind
初始化Objective C Runtime
其它的初始化代碼
（1）加載動(dòng)態(tài)庫
dyld會(huì)首先讀取mach-o文件的Header和load commands。
接著就知道了這個(gè)可執(zhí)行文件依賴的動(dòng)態(tài)庫。例如加載動(dòng)態(tài)庫A到內(nèi)存，接著檢查A所依賴的動(dòng)態(tài)庫，就這樣的遞歸加載，直到所有的動(dòng)態(tài)庫加載完畢。通常一個(gè)App所依賴的動(dòng)態(tài)庫在100-400個(gè)左右，其中大多數(shù)都是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫，它們會(huì)被緩存到dyld shared cache，這樣讀取的效率會(huì)很高。
查看mach-o文件所依賴的動(dòng)態(tài)庫，可以通過MachOView的圖形化界面(展開Load Command就能看到)，也可以通過命令行otool。
（2）Rebase && Bind
這里先來講講為什么要Rebase？
有兩種主要的技術(shù)來保證應(yīng)用的安全：ASLR和Code Sign。
ASLR的全稱是Address space layout randomization，翻譯過來就是“地址空間布局隨機(jī)化”。App被啟動(dòng)的時(shí)候，程序會(huì)被影射到邏輯的地址空間，這個(gè)邏輯的地址空間有一個(gè)起始地址，而ASLR技術(shù)使得這個(gè)起始地址是隨機(jī)的。如果是固定的，那么黑客很容易就可以由起始地址+偏移量找到函數(shù)的地址。
Code Sign相信大多數(shù)開發(fā)者都知曉，這里要提一點(diǎn)的是，在進(jìn)行Code sign的時(shí)候，加密哈希不是針對(duì)于整個(gè)文件，而是針對(duì)于每一個(gè)Page的。這就保證了在dyld進(jìn)行加載的時(shí)候，可以對(duì)每一個(gè)page進(jìn)行獨(dú)立的驗(yàn)證。
mach-o中有很多符號(hào)，有指向當(dāng)前mach-o的，也有指向其他dylib的，比如printf。那么，在運(yùn)行時(shí)，代碼如何準(zhǔn)確的找到printf的地址呢？
mach-o中采用了PIC技術(shù)，全稱是Position Independ code。當(dāng)你的程序要調(diào)用printf的時(shí)候，會(huì)先在__DATA段中建立一個(gè)指針指向printf，在通過這個(gè)指針實(shí)現(xiàn)間接調(diào)用。dyld這時(shí)候需要做一些fix-up工作，即幫助應(yīng)用程序找到這些符號(hào)的實(shí)際地址。主要包括兩部分
Rebase 修正內(nèi)部(指向當(dāng)前mach-o文件)的指針指向
Bind 修正外部指針指向
之所以需要Rebase，是因?yàn)閯倓偺岬降腁SLR使得地址隨機(jī)化，導(dǎo)致起始地址不固定，另外由于Code Sign，導(dǎo)致不能直接修改Image。Rebase的時(shí)候只需要增加對(duì)應(yīng)的偏移量即可。待Rebase的數(shù)據(jù)都存放在__LINKEDIT中。
可以通過MachOView查看：Dynamic Loader Info -> Rebase Info
Rebase解決了內(nèi)部的符號(hào)引用問題，而外部的符號(hào)引用則是由Bind解決。在解決Bind的時(shí)候，是根據(jù)字符串匹配的方式查找符號(hào)表，所以這個(gè)過程相對(duì)于Rebase來說是略慢的。
同樣，也可以通過xcrun dyldinfo來查看Bind的信息，比如我們查看bind信息中。
（3）Objective C
Objective C是動(dòng)態(tài)語言，所以在執(zhí)行main函數(shù)之前，需要把類的信息注冊(cè)到一個(gè)全局的Table中。同時(shí)，Objective C支持Category，在初始化的時(shí)候，也會(huì)把Category中的方法注冊(cè)到對(duì)應(yīng)的類中，同時(shí)會(huì)唯一Selector，這也是為什么當(dāng)你的Cagegory實(shí)現(xiàn)了類中同名的方法后，類中的方法會(huì)被覆蓋。
另外，由于iOS開發(fā)時(shí)基于Cocoa Touch的，所以絕大多數(shù)的類起始都是系統(tǒng)類，所以大多數(shù)的Runtime初始化起始在Rebase和Bind中已經(jīng)完成。
（4）Initializers
接下來就是必要的初始化部分了，主要包括幾部分：
+load方法。
C／C++靜態(tài)初始化對(duì)象和標(biāo)記為attribute(constructor)的方法
這里要提一點(diǎn)的就是，+load方法已經(jīng)被棄用了，如果你用Swift開發(fā)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)根本無法去寫這樣一個(gè)方法，官方的建議是實(shí)用initialize。區(qū)別就是，load是在類裝載的時(shí)候執(zhí)行，而initialize是在類第一次收到message前調(diào)用。
dyld3
上文的講解是dyld2的加載方式。而最新的是dyld3加載方式略有不同：
dyld2是純粹的in-process，也就是在程序進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的，也就意味著只有當(dāng)應(yīng)用程序被啟動(dòng)的時(shí)候，dyld2才能開始執(zhí)行任務(wù)。
dyld3則是部分out-of-process，部分in-process。圖中，虛線之上的部分是out-of-process的，在App下載安裝和版本更新的時(shí)候會(huì)去執(zhí)行，out-of-process會(huì)做如下事情：
分析Mach-o Headers
分析依賴的動(dòng)態(tài)庫
查找需要Rebase & Bind之類的符號(hào)
把上述結(jié)果寫入緩存
這樣，在應(yīng)用啟動(dòng)的時(shí)候，就可以直接從緩存中讀取數(shù)據(jù)，加快加載速度。
7.啟動(dòng)時(shí)間
（1）冷啟動(dòng) VS 熱啟動(dòng)
如果你剛剛啟動(dòng)過App，這時(shí)候App的啟動(dòng)所需要的數(shù)據(jù)仍然在緩存中，再次啟動(dòng)的時(shí)候稱為熱啟動(dòng)。如果設(shè)備剛剛重啟，然后啟動(dòng)App，這時(shí)候稱為冷啟動(dòng)。
啟動(dòng)時(shí)間在小于400ms是最佳的，因?yàn)閺狞c(diǎn)擊圖標(biāo)到顯示Launch Screen，到Launch Screen消失這段時(shí)間是400ms。啟動(dòng)時(shí)間不可以大于20s，否則會(huì)被系統(tǒng)殺掉。
在Xcode中，可以通過設(shè)置環(huán)境變量來查看App的啟動(dòng)時(shí)間，DYLD_PRINT_STATISTICS和DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS。
Total pre-main time: 43.00 milliseconds (100.0%)
? ? ? ? dylib loading time:? 19.01 milliseconds (44.2%)
? ? ? ? rebase/binding time:? 1.77 milliseconds (4.1%)
? ? ? ? ? ? ObjC setup time:? 3.98 milliseconds (9.2%)
? ? ? ? ? initializer time:? 18.17 milliseconds (42.2%)
? ? ? ? ? slowest intializers :
? ? ? ? ? ? libSystem.B.dylib :? 2.56 milliseconds (5.9%)
? libBacktraceRecording.dylib :? 3.00 milliseconds (6.9%)
? ? libMainThreadChecker.dylib :? 8.26 milliseconds (19.2%)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ModelIO :? 1.37 milliseconds (3.1%)
對(duì)于這個(gè)libMainThreadChecker.dylib估計(jì)很多同學(xué)會(huì)有點(diǎn)陌生，這是XCode 9新增的動(dòng)態(tài)庫，用來做主線成檢查的。
（2）優(yōu)化啟動(dòng)時(shí)間
啟動(dòng)時(shí)間這個(gè)名詞，不同的人有不同的定義。在我看來，
啟動(dòng)時(shí)間是用戶點(diǎn)擊App圖標(biāo)，到第一個(gè)界面展示的時(shí)間。
以main函數(shù)作為分水嶺，啟動(dòng)時(shí)間其實(shí)包括了兩部分：main函數(shù)之前和main函數(shù)到第一個(gè)界面的viewDidAppear:。所以，優(yōu)化也是從兩個(gè)方面進(jìn)行的，個(gè)人建議優(yōu)先優(yōu)化后者，因?yàn)榻^大多數(shù)App的瓶頸在自己的代碼里。
（3）Main函數(shù)之后
我們首先來分析下，從main函數(shù)開始執(zhí)行，到你的第一個(gè)界面顯示，這期間一般會(huì)做哪些事情。
執(zhí)行AppDelegate的代理方法，主要是didFinishLaunchingWithOptions
初始化Window，初始化基礎(chǔ)的ViewController結(jié)構(gòu)(一般是UINavigationController+UITabViewController)
獲取數(shù)據(jù)(Local DB／Network)，展示給用戶。
（4）UIViewController
延遲初始化那些不必要的UIViewController。
比如網(wǎng)易新聞：在啟動(dòng)的時(shí)候只需要初始化首頁的頭條頁面即可。像“要聞”，“我的”等頁面，則延遲加載，即啟動(dòng)的時(shí)候只是一個(gè)UIViewController作為占位符給TabController，等到用戶點(diǎn)擊了再去進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)和視圖的初始化工作。
（5）AppDelegate
通常我們會(huì)在AppDelegate的代理方法里進(jìn)行初始化工作，主要包括了兩個(gè)方法：
didFinishLaunchingWithOptions
applicationDidBecomeActive
優(yōu)化這些初始化的核心思想就是：
能延遲初始化的盡量延遲初始化，不能延遲初始化的盡量放到后臺(tái)初始化。
這些工作主要可以分為幾類：
三方SDK初始化，比如Crash統(tǒng)計(jì); 像分享之類的，可以等到第一次調(diào)用再出初始化。
初始化某些基礎(chǔ)服務(wù)，比如WatchDog，遠(yuǎn)程參數(shù)。
啟動(dòng)相關(guān)日志，日志往往涉及到DB操作，一定要放到后臺(tái)去做
業(yè)務(wù)方初始化，這個(gè)交由每個(gè)業(yè)務(wù)自己去控制初始化時(shí)間。
對(duì)于didFinishLaunchingWithOptions的代碼，建議按照以下的方式進(jìn)行劃分：
@interfaceAppDelegate()
//業(yè)務(wù)方需要的生命周期回調(diào)@property(strong,nonatomic)NSArray<id<UIApplicationDelegate>>*eventQueues;
//主框架負(fù)責(zé)的生命周期回調(diào)
@property(strong,nonatomic)id<UIApplicationDelegate>basicDelegate;
@end
然后，你會(huì)得到一個(gè)非常干凈的AppDelegate文件：
-(BOOL)application:(UIApplication*)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary*)launchOptions{
for(id<UIApplicationDelegate> delegatein self.eventQueues){
[delegate application:application didFinishLaunchingWithOptions:launchOptions];
}
return [self.basicDelegate application:application didFinishLaunchingWithOptions:launchOptions];
}
由于對(duì)這些初始化進(jìn)行了分組，在開發(fā)期就可以很容易的控制每一個(gè)業(yè)務(wù)的初始化時(shí)間：
CFTimeInterval startTime=CACurrentMediaTime();
//執(zhí)行方法
CFTimeInterval endTime=CACurrentMediaTime();
(6)用Time Profiler找到元兇
Time Profiler在分析時(shí)間占用上非常強(qiáng)大。實(shí)用的時(shí)候注意三點(diǎn)
在打包模式下分析（一般是Release）,這樣和線上環(huán)境一樣。
記得開啟dsym，不然無法查看到具體的函數(shù)調(diào)用堆棧
分析性能差的設(shè)備，對(duì)于支持iOS 8的，一般分析iphone 4s或者iphone 5。
一個(gè)典型的分析界面如下：
幾點(diǎn)要注意：
分析啟動(dòng)時(shí)間，一般只關(guān)心主線程
選擇Hide System Libraries和Invert Call Tree，這樣我們能專注于自己的代碼
右側(cè)可以看到詳細(xì)的調(diào)用堆棧信息
在某一行上雙擊，我們可以進(jìn)入到代碼預(yù)覽界面，去看看實(shí)際每一行占用了多少時(shí)間：
小結(jié)
不同的App在啟動(dòng)的時(shí)候做的事情往往不同，但是優(yōu)化起來的核心思想無非就兩個(gè)：
能延遲執(zhí)行的就延遲執(zhí)行。比如SDK的初始化，界面的創(chuàng)建。
不能延遲執(zhí)行的，盡量放到后臺(tái)執(zhí)行。比如數(shù)據(jù)讀取，原始JSON數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)對(duì)象，日志發(fā)送。
(7)Main函數(shù)之前
Main函數(shù)之前是iOS系統(tǒng)的工作，所以這部分的優(yōu)化往往更具有通用性。
(8)dylibs
啟動(dòng)的第一步是加載動(dòng)態(tài)庫，加載系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫使很快的，因?yàn)榭梢跃彺?，而加載內(nèi)嵌的動(dòng)態(tài)庫速度較慢。所以，提高這一步的效率的關(guān)鍵是：減少動(dòng)態(tài)庫的數(shù)量。
合并動(dòng)態(tài)庫，比如公司內(nèi)部由私有Pod建立了如下動(dòng)態(tài)庫：XXTableView, XXHUD, XXLabel，強(qiáng)烈建議合并成一個(gè)XXUIKit來提高加載速度。
(9)Rebase & Bind & Objective C Runtime
Rebase和Bind都是為了解決指針引用的問題。對(duì)于Objective C開發(fā)來說，主要的時(shí)間消耗在Class/Method的符號(hào)加載上，所以常見的優(yōu)化方案是：
減少__DATA段中的指針數(shù)量。
合并Category和功能類似的類。比如：UIView+Frame,UIView+AutoLayout…合并為一個(gè)
刪除無用的方法和類。
多用Swift Structs，因?yàn)镾wfit Structs是靜態(tài)分發(fā)的。感興趣的同學(xué)可以看看我之前這篇文章：《Swift進(jìn)階之內(nèi)存模型和方法調(diào)度》
（10）Initializers
通常，我們會(huì)在+load方法中進(jìn)行method-swizzling，這也是Nshipster推薦的方式。
用initialize替代load。不少同學(xué)喜歡用method-swizzling來實(shí)現(xiàn)AOP去做日志統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容，強(qiáng)烈建議改為在initialize進(jìn)行初始化。
減少__atribute__((constructor))的使用，而是在第一次訪問的時(shí)候才用dispatch_once等方式初始化。
不要?jiǎng)?chuàng)建線程
使用Swfit重寫代碼。
參考資料：
WWDC 2016:?Optimizing App Startup Time
WWDC 2017:?App Startup Time: Past, Present, and Future
