iOS开发基础121-APP启动优化

iOS 应用启动速度对于用户体验至关重要。优化应用的启动时间贯穿于开发中的各个环节,从程序启动的底层机制、初始化过程到界面呈现等都需要进行深入分析和优化。以下从底层原理出发,详细探讨 iOS 中 APP 启动优化的方法及其实现。

一、应用启动的基本流程

iOS 应用的启动可以分为以下几个主要阶段:

  1. dyld 阶段

    • 加载可执行文件、动态库。
    • 解析符号,进行地址重定位。
    • 调用各动态库的初始化函数。
  2. runtime 阶段

    • 加载类和分类。
    • 调用 +load 方法。
    • 调用 C++ 静态初始化函数。
    • 调用 ObjC+initialize 方法。
  3. main 函数到第一帧渲染

    • 执行 main 函数。
    • 初始化 UIApplication,调用 AppDelegateapplication:didFinishLaunchingWithOptions: 方法。
    • 创建 UIWindowUIViewController
    • 第一次视图布局和呈现。

二、启动优化的重点方向和实现

1. 减少启动加载的动态库数量

原理:在 dyld 阶段,系统需要加载所有的动态库,过多的动态库会导致启动时间增加。

如何优化

  • 精简使用的动态库,尽量减少第三方库的数量。
  • 合并多个动态库成一个,减少加载次数。
  • 使用静态库代替一些不必要的动态库。
# 工具:使用 Xcode 的 `dyld_shared_cache_util` 查看应用启动时加载的动态库
sudo dyld_shared_cache_util -debug -sections -verbose <app_path>

2. 优化 +load 方法

原理:所有类和分类的 +load 方法会在应用启动时加载,并立即执行,这会显著增加启动时间。

如何优化

  • 尽量避免使用 +load 方法,将初始化工作移到 +initialize 或懒加载中。
  • 将可以延迟执行的初始化操作放到 application:didFinishLaunchingWithOptions: 或视图控制器的 viewDidLoad 方法中。
@implementation MyClass
+ (void)load {
    // 重构:应当移除不必要的初始化代码,减少耗时操作
}

// 使用懒加载代替
+ (void)initialize {
    if (self == [MyClass self]) {
        // 初始化代码可以在这里执行
    }
}
@end

3. 延迟初始化不必要的资源

原理:在启动阶段,如果初始化了大量不急需使用的资源,会导致启动时间增加。

如何优化

  • 将不需要在启动时立即加载的资源进行延迟加载,如图片、数据文件等。
  • 使用异步加载,并在后台线程中完成初始化操作。
func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool {
    DispatchQueue.global().async {
        // 后台线程执行初始化操作
        self.loadResources()
    }
    return true
}

4. 使用 Swift 结构体代替类

原理:Swift 结构体(Structs)相比于类(Classes)少了对象分配和引用计数管理,初始化速度更快。

如何优化

  • 将可以使用结构体的地方尽量替换成结构体,减少类的数量。
struct Point {
    var x: Double
    var y: Double
}

// 使用结构体初始化
let point = Point(x: 0, y: 0)

5. 减少 storyboardXIB 的使用

原理:虽然 storyboardXIB 创建界面方便,但它们在应用启动时会有解析和初始化的开销。

如何优化

  • 尽量减少使用 storyboard,可以将界面代码化(纯代码创建界面)。
  • 对于必须使用的 storyboardXIB,把它们分解成多个较小的文件,减少单个文件的解析时间。
// 通过纯代码创建界面
let window = UIWindow(frame: UIScreen.main.bounds)
let viewController = UIViewController()
window.rootViewController = viewController
window.makeKeyAndVisible()

6. 避免主线程阻塞

原理:在应用启动过程中,如果主线程阻塞,会延迟界面的呈现,导致启动时间变长。

如何优化

  • 保证在应用启动和初始化过程中尽量少执行耗时操作。
  • 使用异步方法,把耗时操作放到后台线程。
DispatchQueue.global().async {
    // 在后台线程中进行网络请求、文件读取等耗时操作
    let data = try? Data(contentsOf: URL(string: "https://example.com")!)
    DispatchQueue.main.async {
        // 更新 UI
    }
}

7. 按需加载模块

原理:在启动过程中,按需加载模块可以避免一次性加载全部模块,减小启动压力。

如何优化

  • 使用模块化设计,将应用功能模块化。
  • 在需要使用某个模块时再进行加载。
// 在需要使用时进行模块加载
func loadFeatureModule() {
    let featureViewController = FeatureViewController()
    navigationController?.pushViewController(featureViewController, animated: true)
}

三、工具和方法的使用

为了更好地进行启动优化,可以利用多种工具对应用启动过程进行分析和监控:

1. 使用 Xcode Instruments

Xcode Instruments 提供了多种分析工具,可以用于监控和分析应用启动过程中的性能瓶颈。

  • Time Profiler: 用于分析代码执行时间,找出启动过程中耗时较长的函数。
  • Activity Monitor: 查看 CPU 使用情况,识别出 CPU 使用异常的代码段。
  • Allocations: 监控内存分配情况,识别内存使用高的代码段。

2. 使用 os_signpost 进行打点分析

利用 os_signpost 可以对代码中的关键点打点,用于统计和监控关键操作的执行时间。

import os

let log = OSLog(subsystem: "com.myapp", category: "performance")

os_signpost(.begin, log: log, name: "viewDidLoad")
self.viewDidLoad()
os_signpost(.end, log: log, name: "viewDidLoad")

3. 使用 launch_time_tool 监控启动时间

launch_time_tool 是一个开源工具,可以用于监控和统计 iOS 应用启动时间。

# 安装工具
brew install launch_time_tool

# 运行应用并监视启动时间
launch_time_tool --bundle-id com.myapp

四、总结与展望

iOS 应用启动优化是一个系统性的工作,它涉及到从底层加载过程到具体初始化操作的方方面面。通过合理使用各种工具和优化方法,可以显著减少应用的启动时间,提高用户体验。未来,随着 iOS 系统的演进和硬件性能的提升,我们还可以期待更多新的优化方法和技巧,持续提升应用的启动性能。

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