iOS 底层系列 - 启动的过程

APP的启动优化

Main 函数之前

• 移除不需要的 动态库.
• 移除不需要 Objec 类, 减少selector数量 。
• 合并功能类似的类和扩展（Category）少用分类。
• 减少 C++ constructor 构造函数数量。
• 减少 ObjeC +load ，尽量用 dispatch Once 或 Initializers 代替。

Main 函数之后

• 建立启动监控组件，监控启动任务。
  • 划分主线程，子线程，和延时执行等，上报启动时间（启动耗时）
• 压缩资源图片，删除无用的图片（IO操作）
• 使用 Instagram 的 Time Profiler 进行分析。
• 避免在用户看到的第一个界面（首页控制器或注册登录页面）的viewDidLoad和viewWillAppear做太多事情。
• 首页控制器或注册登录页面用纯代码方式来构建，不用 aulayout。

APP启动时间的优化，主要是针对冷启动进行优化。

一、APP的启动介绍

冷启动与热启动

• 冷启动（Cold Launch）：
  • 从零开始启动APP。
• 热启动（Warm Launch）：
  • APP已经在内存中，在后台存活着，再次点击图标启动APP

打印APP的启动时间分析

• 通过添加环境变量可以打印出APP的启动时间分析（Edit scheme -> Run -> Arguments） DYLD_PRINT_STATISTICS 设置为 1
• 如果需要更详细的信息，那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

Pre-main 的大概过程

Pre-mian 大概过程主要分为：

• Load dylibs （开始将程序二进制文件初始化） 当我们点击 App 图标，内核就开始做启动程序的初始化，然后交给 dyld（The Dynamic Link Editor，动态链接器）； dyld 首先会读取镜像文件，然后递归的查找动态库，利用 ImageLoader 来将其 加载到内存中。

• Rebase

• Bind 但是由于 ASLR 的特性，这里需要 Rebase/Bind 修复镜像中的资源指针，来指向正确的地址

• Objc runtime 向 dyld 绑定了回调，当 image 加载到内存后，dyld 会通知 runtime 进行处理 ImageLoader 已经将对应的镜像加载到内存，这个时候 Runtime 会调用 map_image 去解析和处理该镜像资源（注册 Objc 类、处理 category 等）

• Initializers 接下来再调用 load_image，遍历调用类的 load 方法、调用C++的构造函数属性函数、创建非基本类型的C++静态全局变量等等。

二、APP的冷启动

1. APP的冷启动3大阶段

• dyld
  • 加载动态库二进制
• runtime
  • 进行各种 objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象，执行+load 等等）
• main
  • 执行 OC 代码。didfinish。

总结

• APP的启动由 dyld主导 ，将可执行文件加载到内存，顺便加载所有依赖的 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 main函数。
• 接下来就是UIApplicationMain函数，AppDelegate的 application:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

2. APP的启动 - dyld

(1) 介绍 dyld

• dyld（dynamic link editor），Apple的动态链接器，可以用来装载Mach-O文件（可执行文件、动态库等）
• 系统 kernel 做好启动程序的初始准备后，交给 dyld 负责。

(2) 启动APP时，dyld所做的事情 ：

1. 装载APP的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库
2. 当dyld把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知Runtime进行下一步的处理

加载的动态库，例如以下：

• CoreGraphics.framework
  • 绘图系统，常用于绘制自定义视图，纯C的API，使用Quartz2D做引擎。
• UIKit.framework
  • 常用的视图框架，封装度最高，都是OC对象，处理与用户的交互。
• Foundation.framework
  • Foundation框架定义了Objective-C类的基础层
• CoreFoundation.framework
  • Core Foundation框架和Foundation框架紧密相关，它们为相同功能提供接口，但Foundation框架提供Objective-C接口。
• libobjc.A.dylib （ objc 和 runtime）
  • libauto.dylib
  • libc++abi
• libSystem.dylib
  • libdispatch ( GCD )
  • libsystem_c ( C语言库 )
  • libsystem_blocks ( Block )
  • libcommonCrypto ( 加密库，比如常用的 md5 函数 )

3. APP的启动 - runtime

• Runtime 是 Objective-C 运行时。

• libSystem 是若干个系统 lib 的集合，所以它只是一个容器 lib 而已，而且它也是开源的，里面实质上就一个文件 init.c

• 由 libSystem_initializer 逐步调用到了 _objc_init，这里就是 objc 和 runtime 的初始化入口。

三、总结

总结 1

1. dyld 开始将程序二进制文件初始化

   • 交由 ImageLoader 读取 image，其中包含了我们的类、方法等各种符号。

2. 由于 runtime向 dyld 绑定了回调，当 image 加载到内存后，dyld 会通知 runtime 进行处理。

3. runtime 接手后调用 map_images 做解析和处理，接下来 在load_images中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的 +load 方法.

4. 调用C++静态初始化器和__attribute__((constructor))修饰的函数

5. 进行各种 objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象等等）

当这一切都结束时，dyld 会清理现场，将调用栈回归，只剩下：孤独的 main 函数

总结 2

1. App启动过程

• 解析Info.plist

  • 加载相关信息，例如如闪屏
  • 沙箱建立、权限检查

• Mach-O加载

  • 如果是胖二进制文件，寻找合适当前CPU类别的部分

  • 加载所有依赖的Mach-O文件（递归调用Mach-O加载的方法）

  • 定位内部、外部指针引用，例如字符串、函数等

  • 执行声明为__attribute__((constructor))的C函数

  • 加载类扩展（Category）中的方法

  • C++静态对象加载、调用ObjC的 +load 函数

• 程序执行

  • 调用main()
  • 调用UIApplicationMain()
  • 调用applicationWillFinishLaunching

总结 3

汇总