[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

之前公司的 UI 设计师和我们提过好几次启动时间的事情,当时在开发业务,所以没有时间去做这件事。最近发完版本,终于有时间搞一搞启动时间了。

一般而言,启动时间是指从用户点击 APP 那一刻开始到用户看到第一个界面这中间的时间。我们进行优化的时候,我们将启动时间分为 pre-main 时间和 main 函数到第一个界面渲染完成时间这两个部分。

为什么这么划分呢?大家都知道 APP 的入口是 main 函数,在 main 之前,我们自己的代码是不会执行的。而进入到 main 函数以后,我们的代码都是从

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions;

开始执行的,所以很明显,优化这两部分的思路是不一样的。

为了方便起见,我们将 pre-main 时间成为 t1 时间,而将main 函数到第一个界面渲染完成这段时间称为 t2 时间。

01.磨刀不误砍柴工

我们先来看第一部分,也就是从 main 函数到第一个界面渲染完成这段时间。在开始之前,我们先来磨练一个我们自己的工具。

生活中,我们计量一段时间一般是用计时器。这里我们要想知道哪些操作,或者说哪些代码是耗时的,我们也需要一个打点计时器。用过 profile 的朋友都知道这个工具很强大,可以使用它来分析出哪些代码是耗时的。但是它不够灵活,我们来看一下我们的这个计时器应该怎么设计。

[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

如上图所示,在时间轴上,我们从 start 开始打点计时,然后我们在第一个小红旗那里打了一个点,记录这段代码的耗时,然后又在第二个小红旗那里打了一个点,记录这中间代码的耗时。然后在结束的地方打一个点,然后把所有打点的结果展示出来。同时,我们为每段计时加上标注,用来区分这段时间是执行了什么操作花费的时间。这样一来,我们就能快速精准的知道究竟是谁拖慢了启动。

02.定位元凶

下面这张截图是贝聊老师端没有开始优化的耗时,因为涉及到公司具体的业务,所以我将部分信息加了遮挡。借助于我们的工具,我们可以定位任何一行代码的耗时。

我们看 t2 耗时那里,总共花费了 6.361 秒,这是从 didFinishLaunchingWithOptions 到第一个界面渲染出来花费的时间。从这个结果来看,我们的启动时间的优化已经到了刻不容缓的地步了。

[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

再仔细分析一下上面的结果, t2 时间也分为了两个部分,didFinishLaunchingWithOptions 花了 4.010秒,第一个页面渲染耗时花了 2.531 秒。好,看样子大魔头住在 didFinishLaunchingWithOptions 这个方法里,另外,第一页面的渲染中也有不少问题。下面我们分别展开。

02.1.didFinishLaunchingWithOptions

上面说到大魔头住在 didFinishLaunchingWithOptions,现在我们仔细看一下 didFinishLaunchingWithOptions 方法里的代码耗时,有两行代码的耗时居然为一秒以上,而且耗时最多的居然有 1.620 秒之多。

[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

其实 didFinishLaunchingWithOptions 方法里我们一般都有以下的逻辑:

  • 初始化第三方 SDK

  • 配置 APP 运行需要的环境

  • 自己的一些工具类的初始化

02.2.第一个页面渲染

[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

如果我们的 UI 架构是上面这样的话。然后我们在 AppDelegate 里写下这么一段代码:

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    NSLog(@"didFinishLaunchingWithOptions 开始执行");
    self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:[UIScreen mainScreen].bounds];
    BLTabBarController *tabBarVc = [BLTabBarController new];
    self.window.rootViewController = tabBarVc;
    [self.window makeKeyAndVisible];
    NSLog(@"didFinishLaunchingWithOptions 跑完了");
    return YES;
}

然后我们来到 BLTabBarController 里的 viewDidLoad 方法里进行它的 viewControllers 的设置,然后再进入到每个 viewController 的 viewDidLoad 方法里进行更多的初始化操作。那么你觉得从 didFinishLaunchingWithOptions 到最后显示展示的 viewController 的 viewDidLoad 这些方法的执行顺序是怎么样的呢?

下面是我写的一个 demo,用来展示加载的顺序:

2017-08-15 10:46:57.860 Demo[1404:325698] didFinishLaunchingWithOptions 开始执行
2017-08-15 10:46:57.862 Demo[1404:325698] 开始加载 BLTabBarController 的 viewDidLoad
2017-08-15 10:46:57.874 Demo[1404:325698] didFinishLaunchingWithOptions 跑完了
2017-08-15 10:46:57.876 Demo[1404:325698] 开始加载 BLViewController 的 viewDidLoad, 然后执行一堆初始化的操作

上面的情况是能保证我们不在 BLTabBarController 中操作 BLViewController 的 view,如果我们在BLTabBarController 中操作了 BLViewController 的 view 的话,那么调用顺序将会是这样:

2017-08-15 11:09:03.661 Demo[1458:349413] didFinishLaunchingWithOptions 开始执行
2017-08-15 11:09:03.663 Demo[1458:349413] 开始加载 BLTabBarController 的 viewDidLoad
2017-08-15 11:09:03.664 Demo[1458:349413] 开始加载 BLViewController 的 viewDidLoad, 然后执行一堆初始化的操作
2017-08-15 11:09:03.676 Demo[1458:349413] didFinishLaunchingWithOptions 跑完了

这是很可怕的一件事情,为什么呢?因为一般我们都把界面的初始化、网络请求、数据解析、视图渲染等操作放在了 viewDidLoad 方法里,这样一来每次启动 APP 的时候,在用户看到第一个页面之前,我们要把这些事件全部都处理完,才会进入到视图渲染阶段。

03.解决策略

上面分析了拖慢 t2 的两个因素,它们是 didFinishLaunchingWithOptions里面的初始化以及第一个页面渲染耗时。对于这两个不同的方面,我们的优化思路也是不一样的。

03.1.didFinishLaunchingWithOptions

对于 didFinishLaunchingWithOptions,这里面的初始化是必须执行的,但是我们可以适当的根据功能的不同对应的适当延迟启动的时机。对于我们项目,我将初始化分为三个类型:

  • 日志、统计等必须在 APP 一起动就最先配置的事件

  • 项目配置、环境配置、用户信息的初始化 、推送、IM等事件

  • 其他 SDK 和配置事件

对于第一类,由于这类事件的特殊性,所以必须第一时间启动,仍然把它留在 didFinishLaunchingWithOptions 里启动。第二类事件,这些功能在用户进入 APP 主体的之前是必须要加载完的,所以我们可以把它放在第二批,也就是用户已经看到广告页面,再进行广告倒计时的时候再启动。第三类事件,由于不是必须的,所以我们可以放在第一个界面渲染完成以后的 viewDidAppear 方法里,这里完全不会影响到启动时间。

就这样,进行过这一轮优化以后,我们的 t2 事件就从 6 秒多 降到 2 秒多。

03.2.第一个页面渲染

我们的思路是这样的,用户点击 APP,我先尽快把广告页面加载出来。这样,用户就不会觉得启动慢了,同时我们可以在广告读秒的过程中进行第二批启动事件的加载,这个加载用户也感觉不到。但还没完,等会广告展示完,切到主 APP 的时候,如果一系列 viewDidLoad 里方法里有很多耗时的操作,那用户还是会感觉到卡顿。

所以对于第一个页面渲染的优化思路就是,先立马展示一个空壳的 UI 给用户,然后在 viewDidAppear 方法里进行数据加载解析渲染等一系列操作,这样一来,用户已经看到界面了,就不会觉得是启动慢,这个时候的等待就变成等待数据请求了,这样就把这部分时间转嫁出去了。

经过这两轮优化,我们的 t2 时间就从 6 秒多 变成了 0.1 秒不到,也即是总共砍掉了 6 秒多 的启动时间。

03.3.总结

为此,我专门建了一个类来负责启动事件,为什么呢?如果不这么做,那么此次优化以后,以后再引入第三方的时候,别的同事可能很直觉的就把第三方的初始化放到了 didFinishLaunchingWithOptions 方法里,这样久而久之, didFinishLaunchingWithOptions 又变得不堪重负,到时候又要专门花时间来做重复的优化。

下面是这个类的头文件:

/**
 * 注意: 这个类负责所有的 didFinishLaunchingWithOptions 延迟事件的加载.
 * 以后引入第三方需要在 didFinishLaunchingWithOptions 里初始化或者我们自己的类需要在 didFinishLaunchingWithOptions 初始化的时候,
 * 要考虑尽量少的启动时间带来好的用户体验, 所以应该根据需要减少 didFinishLaunchingWithOptions 里耗时的操作.
 * 第一类: 比如日志 / 统计等需要第一时间启动的, 仍然放在 didFinishLaunchingWithOptions 中.
 * 第二类: 比如用户数据需要在广告显示完成以后使用, 所以需要伴随广告页启动, 只需要将启动代码放到 startupEventsOnADTimeWithAppDelegate 方法里.
 * 第三类: 比如直播和分享等业务, 肯定是用户能看到真正的主界面以后才需要启动, 所以推迟到主界面加载完成以后启动, 只需要将代码放到 startupEventsOnDidAppearAppContent 方法里.
 */
#import NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface BLDelayStartupTool : NSObject
/**
 * 启动伴随 didFinishLaunchingWithOptions 启动的事件.
 * 启动类型为:日志 / 统计等需要第一时间启动的.
 */
+ (void)startupEventsOnAppDidFinishLaunchingWithOptions;
/**
 * 启动可以在展示广告的时候初始化的事件.
 * 启动类型为: 用户数据需要在广告显示完成以后使用, 所以需要伴随广告页启动.
 */
+ (void)startupEventsOnADTime;
/**
 * 启动在第一个界面显示完(用户已经进入主界面)以后可以加载的事件.
 * 启动类型为: 比如直播和分享等业务, 肯定是用户能看到真正的主界面以后才需要启动, 所以推迟到主界面加载完成以后启动.
 */
+ (void)startupEventsOnDidAppearAppContent;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

下面是 .m 文件,这里做了一层自动校验,如果 30 秒 以后,这些启动项有没有被启动的,就会在 DEBUG 环境下弹出警告信息。同时也会将那些没有启动的启动项进行启动。

#import "BLDelayStartupTool.h"
static BOOL _isCalledStartupEventsOnAppDidFinishLaunchingWithOptions = NO;
static BOOL _isCalledStartupEventsOnADTimeWithAppDelegate = NO;
static BOOL _isCalledStartupEventsOnDidAppearAppContent = NO;
const NSTimeInterval kBLDelayStartupEventsToolCheckCallTimeInterval = 30;
@implementation BLDelayStartupTool
+ (void)load {
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(kBLDelayStartupEventsToolCheckCallTimeInterval * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        [self checkStartupEventsDidLaunched];
    });
}
+ (void)checkStartupEventsDidLaunched {
    NSString *alertString = @"";
    if (!_isCalledStartupEventsOnAppDidFinishLaunchingWithOptions) {
        alertString = [alertString stringByAppendingString:@"AppDidFinishLaunching, "];
        [self startupEventsOnAppDidFinishLaunchingWithOptions];
    }
    if (!_isCalledStartupEventsOnADTimeWithAppDelegate) {
        alertString = [alertString stringByAppendingString:@"ADTime, "];
        [self startupEventsOnADTime];
    }
    if (!_isCalledStartupEventsOnDidAppearAppContent) {
        alertString = [alertString stringByAppendingString:@"DidAppearAppContent"];
        [self startupEventsOnDidAppearAppContent];
    }
    if (alertString.length > 0) {
    
#if DEBUG
        alertString = [alertString stringByAppendingString:@" 等延迟启动项没有启动, 这会造成应用奔溃"];
        UIAlertView *alertView = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"注意" message:alertString delegate:nil cancelButtonTitle:@"好的" otherButtonTitles:nil];
        [alertView show];
#endif
    }
}
+ (void)startupEventsOnAppDidFinishLaunchingWithOptions {
    _isCalledStartupEventsOnAppDidFinishLaunchingWithOptions = YES;
}
+ (void)startupEventsOnADTime {
    _isCalledStartupEventsOnADTimeWithAppDelegate = YES;
}
+ (void)startupEventsOnDidAppearAppContent {
    _isCalledStartupEventsOnDidAppearAppContent = YES;
}
@end

04. pre-main 时间

上面已经将 t2 时间处理好了,接下来看看 pre-main。

苹果为查看 pre-main 提供了支持,具体配置如下,配置的 key 为:DYLD_PRINT_STATISTICS。

[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

还需要勾选下面这个选项:

[iOS]一次立竿见影的启动时间优化

然后再运行项目,Xcode 就会在控制台输出这部分 pre-main 的耗时:

Total pre-main time: 2.2 seconds (100.0%)
 dylib loading time: 1.0 seconds (45.2%)
rebase/binding time: 100.05 milliseconds (4.3%)
    ObjC setup time: 207.21 milliseconds (9.0%)
   initializer time: 946.39 milliseconds (41.3%)
slowest intializers :
           libSystem.B.dylib :   8.54 milliseconds (0.3%)
 libBacktraceRecording.dylib :  46.30 milliseconds (2.0%)
        libglInterpose.dylib : 187.42 milliseconds (8.1%)
                     beiliao : 896.56 milliseconds (39.1%)

但是这部分不是那么好处理,因为这部分主要是由以下几个方面影响的:

  • 用到的系统的动态库的数量,比如 UIKit.framework 等

  • cocoapods 里引用的第三方框架数量

  • 项目中类的数量

  • load 方法中执行的代码

  • 组件化

其他还有,请大神补充。上面几点中,我们能做的也就是把所有类的 load 方法扫一遍,不要在这里面执行耗时的操作。其他的不是短时间能改变的。

如果你想在这些方面有所突破的话,请看下面参考文章

参考文章:

App Startup Time: Past, Present, and Future

iOS App 启动性能优化

WWDC 之优化 App 启动速度

iOS Dynamic Framework 对App启动时间影响实测

优化 App 的启动时间


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