高德APP啟動(dòng)耗時(shí)剖析與優(yōu)化實(shí)踐（iOS篇）

前言
最近高德地圖APP完成了一次啟動(dòng)優(yōu)化專項(xiàng)，超預(yù)期將雙端啟動(dòng)的耗時(shí)都降低了65%以上，iOS在iPhone7上速度達(dá)到了400毫秒以內(nèi)。就像產(chǎn)品們用后說(shuō)的，快到不習(xí)慣。算一下每天為用戶省下的時(shí)間，還是蠻有成就感的，本文做個(gè)小結(jié)。

（文中配圖均為多才多藝的技術(shù)哥哥手繪）

啟動(dòng)階段性能多維度分析

要優(yōu)化，首先要做到的是對(duì)啟動(dòng)階段的各個(gè)性能緯度做分析，包括主線程耗時(shí)、CPU、內(nèi)存、I/O、網(wǎng)絡(luò)。這樣才能更加全面的掌握啟動(dòng)階段的開(kāi)銷，找出不合理的方法調(diào)用。

啟動(dòng)越快，更多的方法調(diào)用就應(yīng)該做成按需執(zhí)行，將啟動(dòng)壓力分?jǐn)?，只留下那些啟?dòng)后方法都會(huì)依賴的方法和庫(kù)的初始化，比如網(wǎng)絡(luò)庫(kù)、Crash庫(kù)等。而剩下那些需要預(yù)加載的功能可以放到啟動(dòng)階段后再執(zhí)行。

啟動(dòng)有哪幾種類型，有哪些階段呢？

啟動(dòng)類型分為：

• Cold：APP重啟后啟動(dòng)，不在內(nèi)存里也沒(méi)有進(jìn)程存在。
• Warm：APP最近結(jié)束后再啟動(dòng)，有部分在內(nèi)存但沒(méi)有進(jìn)程存在。
• Resume：APP沒(méi)結(jié)束，只是暫停，全在內(nèi)存中，進(jìn)程也存在。

分析階段一般都是針對(duì)Cold類型進(jìn)行分析，目的就是要讓測(cè)試環(huán)境穩(wěn)定。為了穩(wěn)定測(cè)試環(huán)境，有時(shí)還需要找些穩(wěn)定的機(jī)型，對(duì)于iOS來(lái)說(shuō)iPhone7性能中等，穩(wěn)定性也不錯(cuò)就很適合，Android的Vivo系列也相對(duì)穩(wěn)定，華為和小米系列數(shù)據(jù)波動(dòng)就比較大。

除了機(jī)型外，控制測(cè)試機(jī)溫度也很重要，一旦溫度過(guò)高系統(tǒng)還會(huì)降頻執(zhí)行，影響測(cè)試數(shù)據(jù)。有時(shí)候還會(huì)設(shè)置飛行模式采用Mock網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的方式來(lái)減少不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)影響測(cè)試數(shù)據(jù)。最好是重啟后退iCloud賬號(hào)，放置一段時(shí)間再測(cè)，更加準(zhǔn)確些。

了解啟動(dòng)階段的目的就是聚焦范圍，從用戶體驗(yàn)上來(lái)確定哪個(gè)階段要快，以便能夠讓用戶可視和響應(yīng)用戶操作的時(shí)間更快。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)iOS啟動(dòng)分為加載Mach-O和運(yùn)行時(shí)初始化過(guò)程，加載Mach-O會(huì)先判斷加載的文件是不是Mach-O，通過(guò)文件第一個(gè)字節(jié)，也叫魔數(shù)來(lái)判斷，當(dāng)是下面四種時(shí)可以判定是Mach-O文件：

• 0xfeedface對(duì)應(yīng)的loader.h里的宏是MH_MAGIC
• 0xfeedfact宏是MH_MAGIC_64
• NXSwapInt(MH_MAGIC)宏MH_GIGAM
• NXSwapInt(MH_MAGIC_64)宏MH_GIGAM_64

Mach-O主要分為：

• 中間對(duì)象文件（MH_OBJECT）
• 可執(zhí)行二進(jìn)制（MH_EXECUTE）
• VM 共享庫(kù)文件（MH_FVMLIB）
• Crash 產(chǎn)生的Core文件（MH_CORE）
• preload（MH_PRELOAD）
• 動(dòng)態(tài)共享庫(kù)（MH_DYLIB）
• 動(dòng)態(tài)鏈接器（MH_DYLINKER）
• 靜態(tài)鏈接文件（MH_DYLIB_STUB）符號(hào)文件和調(diào)試信息（MH_DSYM）這幾種。

確定是Mach-O后，內(nèi)核會(huì)fork一個(gè)進(jìn)程，execve開(kāi)始加載。檢查Mach-O Header。隨后加載dyld和程序到Load Command地址空間。通過(guò) dyld_stub_binder開(kāi)始執(zhí)行dyld，dyld會(huì)進(jìn)行rebase、binding、lazy binding、導(dǎo)出符號(hào)，也可以通過(guò)DYLD_INSERT_LIBRARIES進(jìn)行hook。

dyld_stub_binder給偏移量到dyld解釋特殊字節(jié)碼Segment中，也就是真實(shí)地址，把真實(shí)地址寫(xiě)入到la_symbol_ptr里，跳轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)stub的jump指令跳轉(zhuǎn)到真實(shí)地址。dyld加載所有依賴庫(kù)，將動(dòng)態(tài)庫(kù)導(dǎo)出的trie結(jié)構(gòu)符號(hào)執(zhí)行符號(hào)綁定，也就是non lazybinding，綁定解析其他模塊功能和數(shù)據(jù)引用過(guò)程，就是導(dǎo)入符號(hào)。

Trie也叫數(shù)字樹(shù)或前綴樹(shù)，是一種搜索樹(shù)。查找復(fù)雜度O(m)，m是字符串的長(zhǎng)度。和散列表相比，散列最差復(fù)雜度是O(N)，一般都是 O(1)，用 O(m)時(shí)間評(píng)估 hash。散列缺點(diǎn)是會(huì)分配一大塊內(nèi)存，內(nèi)容越多所占內(nèi)存越大。Trie不僅查找快，插入和刪除都很快，適合存儲(chǔ)預(yù)測(cè)性文本或自動(dòng)完成詞典。

為了進(jìn)一步優(yōu)化所占空間，可以將Trie這種樹(shù)形的確定性有限自動(dòng)機(jī)壓縮成確定性非循環(huán)有限狀態(tài)自動(dòng)體（DAFSA），其空間小，做法是會(huì)壓縮相同分支。

對(duì)于更大內(nèi)容，還可以做更進(jìn)一步的優(yōu)化，比如使用字母縮減的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，把原來(lái)的字符串重新解釋為較長(zhǎng)的字符串；使用單鏈?zhǔn)搅斜?，?jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為由符號(hào)、子節(jié)點(diǎn)、下一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)表示；將字母表數(shù)組存儲(chǔ)為代表ASCII字母表的256位的位圖。

盡管Trie對(duì)于性能會(huì)做很多優(yōu)化，但是符號(hào)過(guò)多依然會(huì)增加性能消耗，對(duì)于動(dòng)態(tài)庫(kù)導(dǎo)出的符號(hào)不宜太多，盡量保持公共符號(hào)少，私有符號(hào)集豐富。這樣維護(hù)起來(lái)也方便，版本兼容性也好，還能優(yōu)化動(dòng)態(tài)加載程序到進(jìn)程的時(shí)間。

然后執(zhí)行attribute的constructor函數(shù)。舉個(gè)例子：

#include <stdio.h>__attribute__((constructor))static void prepare() {
    printf("%s\n", "prepare");
}
__attribute__((destructor))static void end() {
    printf("%s\n", "end");
}void showHeader() { 
    printf("%s\n", "header");
}

運(yùn)行結(jié)果：

ming@mingdeMacBook-Pro macho_demo % ./main "hi"prepare
hi
end

運(yùn)行時(shí)初始化過(guò)程分為：

• 加載類擴(kuò)展。
• 加載C++靜態(tài)對(duì)象。
• 調(diào)用+load函數(shù)。
• 執(zhí)行main函數(shù)。
• Application初始化，到applicationDidFinishLaunchingWithOptions執(zhí)行完。
• 初始化幀渲染，到viewDidAppear執(zhí)行完，用戶可見(jiàn)可操作。

也就是說(shuō)對(duì)啟動(dòng)階段的分析以viewDidAppear為截止。這次優(yōu)化之前已經(jīng)對(duì)Application初始化之前做過(guò)優(yōu)化，效果并不明顯，沒(méi)有本質(zhì)的提高，所以這次主要針對(duì)Application初始化到viewDidAppear這個(gè)階段各個(gè)性能多緯度進(jìn)行分析。

工具的選擇其實(shí)目前看來(lái)是很多的，Apple提供的System Trace會(huì)提供全面系統(tǒng)的行為，可以顯示底層系統(tǒng)線程和內(nèi)存調(diào)度情況，分析鎖、線程、內(nèi)存、系統(tǒng)調(diào)用等問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)System Trace能清楚知道每時(shí)每刻APP對(duì)系統(tǒng)資源的使用情況。

System Trace能查看線程的狀態(tài)，可以了解高優(yōu)線程使用相對(duì)于CPU數(shù)量是否合理，可以看到線程在執(zhí)行、掛起、上下文切換、被打斷還是被搶占的情況。虛擬內(nèi)存使用產(chǎn)生的耗時(shí)也能看到，比如分配物理內(nèi)存，內(nèi)存解壓縮，無(wú)緩存時(shí)進(jìn)行緩存的耗時(shí)等。甚至是發(fā)熱情況也能看到。

System Trace還提供手動(dòng)打點(diǎn)進(jìn)行信息顯式，在你的代碼中導(dǎo)入sys/kdebug_signpost.h后，配對(duì)kdebug_signpost_start和kdebug_signpost_end就可以了。這兩個(gè)方法有五個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是id，最后一個(gè)是顏色，中間都是預(yù)留字段。

Xcode11開(kāi)始XCTest還提供了測(cè)量性能的Api。蘋果在2019年WWDC啟動(dòng)優(yōu)化專題：

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2019/423/

也介紹了Instruments里的最新模板App launch如何分析啟動(dòng)性能。但是要想達(dá)到對(duì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行留存取均值、Diff、過(guò)濾、關(guān)聯(lián)分析等自動(dòng)化操作，App launch目前還沒(méi)法做到。

下面針對(duì)主線程耗時(shí)、CPU、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存、I/O 等多維度進(jìn)行分析：

• 主線程耗時(shí)

多個(gè)緯度性能分析中最重要、最終用戶體感到的是主線程耗時(shí)分析。對(duì)主線程方法耗時(shí)可以直接使用Massier，這是everettjf開(kāi)發(fā)的一個(gè)Objective-C方法跟蹤工具：

https://everettjf.github.io/2019/05/06/messier/

生成trace json進(jìn)行分析，或者參看這個(gè)代碼

GCDFetchFeed/SMCallTraceCore.c at master · ming1016/GCDFetchFeed · GitHub

https://github.com/ming1016/GCDFetchFeed/blob/master/GCDFetchFeed/GCDFetchFeed/Lib/SMLagMonitor/SMCallTraceCore.c

自己手動(dòng)hook objc_msgSend生成一份Objective-C方法耗時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。還有種插樁方式，可以解析IR（加快編譯速度），然后在每個(gè)方法前后插入耗時(shí)統(tǒng)計(jì)函數(shù)。

文章后面我會(huì)著重介紹如何開(kāi)發(fā)工具進(jìn)一步分析這份數(shù)據(jù)，以達(dá)到監(jiān)控啟動(dòng)階段方法耗時(shí)的目的。

hook所有的方法調(diào)用，對(duì)詳細(xì)分析時(shí)很有用，不過(guò)對(duì)于整個(gè)啟動(dòng)時(shí)間影響很大，要想獲取啟動(dòng)每個(gè)階段更準(zhǔn)確的時(shí)間消耗還需要依賴手動(dòng)埋點(diǎn)。

為了更好的分析啟動(dòng)耗時(shí)問(wèn)題，手動(dòng)埋點(diǎn)也會(huì)埋的越來(lái)越多，也會(huì)影響啟動(dòng)時(shí)間精確度，特別是當(dāng)團(tuán)隊(duì)很多，模塊很多時(shí)，問(wèn)題會(huì)突出。但是每個(gè)團(tuán)隊(duì)在排查啟動(dòng)耗時(shí)往往只會(huì)關(guān)注自己或相關(guān)某幾個(gè)模塊的分析，基于此，可以把不同模塊埋點(diǎn)分組，靈活組合，這樣就可以照顧到多種需求了。

• CPU

為什么分析啟動(dòng)慢除了分析主線程方法耗時(shí)外，還要分析其它緯度的性能呢？

我們先看看啟動(dòng)慢的表現(xiàn)，啟動(dòng)慢意味著界面響應(yīng)慢、網(wǎng)絡(luò)慢（數(shù)據(jù)量大、請(qǐng)求數(shù)多）、CPU超負(fù)荷降頻（并行任務(wù)多、運(yùn)算多），可以看出影響啟動(dòng)的因素很多，還需要全面考慮。

對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，WWDC的

What’s New in Energy Debugging - WWDC 2018 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2018/228/

介紹了用Energy Log來(lái)查CPU耗電，當(dāng)前臺(tái)三分鐘或后臺(tái)一分鐘CPU線程連續(xù)占用80%以上就判定為耗電，同時(shí)記錄耗電線程堆棧供分析。還有一個(gè)MetrickKit專門用來(lái)收集電源和性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每24小時(shí)就會(huì)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總上報(bào)，Mattt在NShipster網(wǎng)站上也發(fā)了篇文章專門進(jìn)行介紹：

https://nshipster.com/metrickit/

那么，CPU的詳細(xì)使用情況如何獲取呢？也就是說(shuō)哪個(gè)方法用了多少CPU。

有好幾種獲取詳細(xì)CPU使用情況的方法。線程是計(jì)算機(jī)資源調(diào)度和分配的基本單位。CPU使用情況會(huì)提現(xiàn)到線程這樣的基本單位上。task_theads的act_list數(shù)組包含所有線程，使用thread_info的接口可以返回線程的基本信息，這些信息定義在thread_basic_info_t結(jié)構(gòu)體中。這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的信息包含了線程運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行狀態(tài)以及調(diào)度優(yōu)先級(jí)，其中也包含了CPU使用信息cpu_usage。

獲取方式參看：

objective c - Get detailed iOS CPU usage with different states - Stack Overflow

https://stackoverflow.com/questions/43866416/get-detailed-ios-cpu-usage-with-different-states

GT GitHub - Tencent/GT

https://github.com/Tencent/GT

也有獲取CPU的代碼。

整體CPU占用率可以通過(guò)host_statistics函數(shù)取到host_cpu_load_info，其中cpu_ticks數(shù)組是CPU運(yùn)行的時(shí)鐘脈沖數(shù)量。通過(guò)cpu_ticks數(shù)組里的狀態(tài)，可以分別獲取CPU_STATE_USER、CPU_STATE_NICE、CPU_STATE_SYSTEM這三個(gè)表示使用中的狀態(tài)，除以整體CPU就可以取到CPU的占比。

通過(guò)NSProcessInfo的activeProcessorCount還可以得到CPU的核數(shù)。線上數(shù)據(jù)分析時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)相同機(jī)型和系統(tǒng)的手機(jī)，性能表現(xiàn)卻截然不同，這是由于手機(jī)過(guò)熱或者電池?fù)p耗過(guò)大后系統(tǒng)降低了CPU頻率所致。

所以，如果取得CPU頻率后也可以針對(duì)那些降頻的手機(jī)來(lái)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化，以保證流暢體驗(yàn)。獲取方式可以參考：

https://github.com/zenny-chen/CPU-Dasher-for-iOS

• 內(nèi)存

要想獲取APP真實(shí)的內(nèi)存使用情況可以參看WebKit的源碼：

https://github.com/WebKit/webkit/blob/52bc6f0a96a062cb0eb76e9a81497183dc87c268/Source/WTF/wtf/cocoa/MemoryFootprintCocoa.cpp

JetSam會(huì)判斷APP使用內(nèi)存情況，超出閾值就會(huì)殺死APP，JetSam獲取閾值的代碼在這里：

https://github.com/apple/darwin-xnu/blob/0a798f6738bc1db01281fc08ae024145e84df927/bsd/kern/kern_memorystatus.c

整個(gè)設(shè)備物理內(nèi)存大小可以通過(guò)NSProcessInfo的physicalMemory來(lái)獲取。

• 網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控可以使用Fishhook這樣的工具Hook網(wǎng)絡(luò)底層庫(kù)CFNetwork。網(wǎng)絡(luò)的情況比較復(fù)雜，所以需要定些和時(shí)間相關(guān)的關(guān)鍵的指標(biāo)，指標(biāo)如下：

• DNS時(shí)間
• SSL時(shí)間
• 首包時(shí)間
• 響應(yīng)時(shí)間

有了這些指標(biāo)才能夠有助于更好的分析網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。啟動(dòng)階段的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求是非常多的，所以HTTP的性能是非常要注意的。以下是WWDC網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的Session：

Your App and Next Generation Networks - WWDC 2015 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2015/719/

Networking with NSURLSession - WWDC 2015 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2015/711/

Networking for the Modern Internet - WWDC 2016 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/714/

Advances in Networking, Part 1 - WWDC 2017 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2017/707/

Advances in Networking, Part 2 - WWDC 2017 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2017/709/

Optimizing Your App for Today’s Internet - WWDC 2018 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2018/714/

• I/O

對(duì)于I/O可以使用

Frida ? A world-class dynamic instrumentation framework | Inject JavaScript to explore native apps on Windows, macOS, GNU/Linux, iOS, Android, and QNX

https://www.frida.re/

這種動(dòng)態(tài)二進(jìn)制插樁技術(shù)，在程序運(yùn)行時(shí)去插入自定義代碼獲取I/O的耗時(shí)和處理的數(shù)據(jù)大小等數(shù)據(jù)。Frida還能夠在其它平臺(tái)使用。

關(guān)于多維度分析更多的資料可以看看歷屆WWDC的介紹。下面我列下16年來(lái) WWDC關(guān)于啟動(dòng)優(yōu)化的Session，每場(chǎng)都很精彩。

Using Time Profiler in Instruments - WWDC 2016 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/418/

Optimizing I/O for Performance and Battery Life - WWDC 2016 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/719/

Optimizing App Startup Time - WWDC 2016 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/406/

App Startup Time: Past, Present, and Future - WWDC 2017 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2017/413/

Practical Approaches to Great App Performance - WWDC 2018 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2018/407/

Optimizing App Launch - WWDC 2019 - Videos - Apple Developer

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2019/423/

延后任務(wù)管理

經(jīng)過(guò)前面所說(shuō)的對(duì)主線程耗時(shí)方法和各個(gè)緯度性能分析后，對(duì)于那些分析出來(lái)沒(méi)必要在啟動(dòng)階段執(zhí)行的方法，可以做成按需或延后執(zhí)行。

任務(wù)延后的處理不能粗獷的一口氣在啟動(dòng)完成后在主線程一起執(zhí)行，那樣用戶僅僅只是看到了頁(yè)面，依然沒(méi)法響應(yīng)操作。那該怎么做呢？套路一般是這樣，創(chuàng)建四個(gè)隊(duì)列，分別是：

• 異步串行隊(duì)列
• 異步并行隊(duì)列
• 閑時(shí)主線程串行隊(duì)列
• 閑時(shí)異步串行隊(duì)列

有依賴關(guān)系的任務(wù)可以放到異步串行隊(duì)列中執(zhí)行。異步并行隊(duì)列可以分組執(zhí)行，比如使用dispatch_group，然后對(duì)每組任務(wù)數(shù)量進(jìn)行限制，避免CPU、線程和內(nèi)存瞬時(shí)激增影響主線程用戶操作，定義有限數(shù)量的串行隊(duì)列，每個(gè)串行隊(duì)列做特定的事情，這樣也能夠避免性能消耗短時(shí)間突然暴漲引起無(wú)法響應(yīng)用戶操作。使用dispatch_semaphore_t在信號(hào)量阻塞主隊(duì)列時(shí)容易出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)，需要減少使用，確保QoS傳播?？梢杂胐ispatch group替代，性能一樣，功能不差。異步編程可以直接GCD接口來(lái)寫(xiě)，也可以使用阿里的協(xié)程框架

coobjc GitHub - alibaba/coobjc

https://github.com/alibaba/coobjc

閑時(shí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方式是監(jiān)聽(tīng)主線程runloop狀態(tài)，在kCFRunLoopBeforeWaiting時(shí)開(kāi)始執(zhí)行閑時(shí)隊(duì)列里的任務(wù)，在kCFRunLoopAfterWaiting時(shí)停止。

優(yōu)化后如何保持？

攻易守難，就像剛到新團(tuán)隊(duì)時(shí)將包大小減少了48兆，但是一年多一直能夠守住，除了決心還需要有手段。對(duì)于啟動(dòng)優(yōu)化來(lái)說(shuō)，將各個(gè)性能緯度通過(guò)監(jiān)控的方式盯住是必要的，但是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后快速、便捷的定位到問(wèn)題還是需要找些突破口。我的思路是將啟動(dòng)階段方法耗時(shí)多的按照時(shí)間線一條一條排出來(lái)，每條包括方法名、方法層級(jí)、所屬類、所屬模塊、維護(hù)人。考慮到便捷性，最好還能方便的查看方法代碼內(nèi)容。

接下來(lái)我通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)工具，詳細(xì)介紹下怎么實(shí)現(xiàn)這樣的效果。

• 解析json

如前面所說(shuō)在輸出一份Chrome trace規(guī)范的方法耗時(shí)json后，先要解析這份數(shù)據(jù)。這份json數(shù)據(jù)類似下面的樣子：

{"name":"[SMVeilweaa]upVeilState:","cat":"catname","ph":"B","pid":2381,"tid":0,"ts":21},
{"name":"[SMVeilweaa]tatLaunchState:","cat":"catname","ph":"B","pid":2381,"tid":0,"ts":4557},
{"name":"[SMVeilweaa]tatTimeStamp:state:","cat":"catname","ph":"B","pid":2381,"tid":0,"ts":4686},
{"name":"[SMVeilweaa]tatTimeStamp:state:","cat":"catname","ph":"E","pid":2381,"tid":0,"ts":4727},
{"name":"[SMVeilweaa]tatLaunchState:","cat":"catname","ph":"E","pid":2381,"tid":0,"ts":5732},
{"name":"[SMVeilweaa]upVeilState:","cat":"catname","ph":"E","pid":2381,"tid":0,"ts":5815},
…

通過(guò)Chrome的Trace-Viewer可以生成一個(gè)火焰圖。其中name字段包含了類、方法和參數(shù)的信息，cat字段可以加入其它性能數(shù)據(jù)，ph為B表示方法開(kāi)始，為E表示方法結(jié)束，ts字段表示。

很多工程在啟動(dòng)階段會(huì)執(zhí)行大量方法，很多方法耗時(shí)很少，可以過(guò)濾那些小于10毫秒的方法，讓分析更加聚焦。

耗時(shí)的高低也做了顏色的區(qū)分。外部耗時(shí)指的是子方法以外系統(tǒng)或沒(méi)源碼的三方方法的耗時(shí)，規(guī)則是父方法調(diào)用的耗時(shí)減去其子方法總耗時(shí)。

目前為止通過(guò)過(guò)濾耗時(shí)少的方法調(diào)用，可以更容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題方法。但是，有些方法單次執(zhí)行耗時(shí)不多，但是會(huì)執(zhí)行很多次，累加耗時(shí)會(huì)大，這樣的情況也需要體現(xiàn)在展示頁(yè)面里。另外外部耗時(shí)高時(shí)或者碰到自己不了解的方法時(shí)，是需要到工程源碼里去搜索對(duì)應(yīng)的方法源碼進(jìn)行分析的，有的方法名很通用時(shí)還需要花大量時(shí)間去過(guò)濾無(wú)用信息。

因此接下來(lái)還需要做兩件事情，首先累加方法調(diào)用次數(shù)和耗時(shí)，體現(xiàn)在展示頁(yè)面中，另一個(gè)是從工程中獲取方法源碼能夠在展示頁(yè)面中進(jìn)行點(diǎn)擊顯示。

完整思路如下圖：

• 展示方法源碼

在頁(yè)面上展示源碼需要先解析.xcworkspace文件，通過(guò).xcworkspace文件取到工程里所有的.xcodeproj文件。分析.xcodeproj文件取到所有.m和.mm源碼文件路徑，解析源碼，取到方法的源碼內(nèi)容進(jìn)行展示。

解析.xcworkspace

開(kāi).xcworkspace，可以看到這個(gè)包內(nèi)主要文件是contents.xcworkspacedata。內(nèi)容是一個(gè)xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Workspace
   version = "1.0">
   <FileRef
      location = "group:GCDFetchFeed.xcodeproj">
   </FileRef>
   <FileRef
      location = "group:Pods/Pods.xcodeproj">
   </FileRef>
</Workspace>

解析.xcodeproj

通過(guò)XML的解析可以獲取FileRef節(jié)點(diǎn)內(nèi)容，xcodeproj的文件路徑就在FileRef節(jié)點(diǎn)的location屬性里。每個(gè)xcodeproj文件里會(huì)有project工程的源碼文件。為了能夠獲取方法的源碼進(jìn)行展示，那么就先要取出所有project工程里包含的源文件的路徑。

xcodeproj的文件內(nèi)容看起來(lái)大概是下面的樣子。

其實(shí)內(nèi)容還有很多，需要一個(gè)個(gè)解析出來(lái)。

考慮到xcodeproj里的注釋很多，也都很有用，因此會(huì)多設(shè)計(jì)些結(jié)構(gòu)來(lái)保存值和注釋。思路是根據(jù)XcodeprojNode的類型來(lái)判斷下一級(jí)是key value結(jié)構(gòu)還是array結(jié)構(gòu)。如果XcodeprojNode的類型是dicStart表示下級(jí)是key value結(jié)構(gòu)。如果類型是arrStart就是array結(jié)構(gòu)。當(dāng)碰到類型是dicEnd，同時(shí)和最初dicStart是同級(jí)時(shí)，遞歸下一級(jí)樹(shù)結(jié)構(gòu)。而arrEnd不用遞歸，xcodeproj里的array只有值類型的數(shù)據(jù)。

有了基本節(jié)點(diǎn)樹(shù)結(jié)構(gòu)以后就可以設(shè)計(jì)xcodeproj里各個(gè)section的結(jié)構(gòu)。主要有以下的section：

• PBXBuildFile：文件，最終會(huì)關(guān)聯(lián)到PBXFileReference。

• PBXContainerItemProxy：部署的元素。

• PBXFileReference：各類文件，有源碼、資源、庫(kù)等文件。

• PBXFrameworksBuildPhase：用于framework的構(gòu)建。

• PBXGroup：文件夾，可嵌套，里面包含了文件與文件夾的關(guān)系。

• PBXNativeTarget：Target的設(shè)置。

• PBXProject：Project的設(shè)置，有編譯工程所需信息。

• PBXResourcesBuildPhase：編譯資源文件，有xib、storyboard、plist以及圖片等資源文件。

• PBXSourcesBuildPhase：編譯源文件（.m）。

• PBXTargetDependency：Taget的依賴。

• PBXVariantGroup：.storyboard文件。

• XCBuildConfiguration：Xcode編譯配置，對(duì)應(yīng)Xcode的Build Setting面板內(nèi)容。

• XCConfigurationList：構(gòu)建配置相關(guān)，包含項(xiàng)目文件和target文件。

得到section結(jié)構(gòu)Xcodeproj后，就可以開(kāi)始分析所有源文件的路徑了。根據(jù)前面列出的section的說(shuō)明，PBXGroup包含了所有文件夾和文件的關(guān)系，Xcodeproj的pbxGroup字段的key是文件夾，值是文件集合，因此可以設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體XcodeprojSourceNode用來(lái)存儲(chǔ)文件夾和文件關(guān)系。

接下來(lái)需要取得完整的文件路徑。通過(guò)recusiveFatherPaths函數(shù)獲取文件夾路徑。這里需要注意的是需要處理 ../ 這種文件夾路徑符。

解析.m .mm文件

對(duì)Objective-C解析可以參考LLVM，這里只需要找到每個(gè)方法對(duì)應(yīng)的源碼，所以自己也可以實(shí)現(xiàn)。分詞前先看看LLVM是怎么定義token的。定義文件在這里：

https://opensource.apple.com/source/lldb/lldb-69/llvm/tools/clang/include/clang/Basic/TokenKinds.def

根據(jù)這個(gè)定義我設(shè)計(jì)了token的結(jié)構(gòu)體，主體部分如下：

// 切割符號(hào) [](){}.&=*+-<>~!/%^|?:;,#@public enum OCTK {    case unknown // 不是 token
    case eof // 文件結(jié)束
    case eod // 行結(jié)束
    case codeCompletion // Code completion marker
    case cxxDefaultargEnd // C++ default argument end marker
    case comment // 注釋
    case identifier // 比如 abcde123
    case numericConstant(OCTkNumericConstant) // 整型、浮點(diǎn) 0x123，解釋計(jì)算時(shí)用，分析代碼時(shí)可不用
    case charConstant // ‘a(chǎn)’
    case stringLiteral // “foo”
    case wideStringLiteral // L”foo”
    case angleStringLiteral // <foo> 待處理需要考慮作為小于符號(hào)的問(wèn)題    // 標(biāo)準(zhǔn)定義部分    // 標(biāo)點(diǎn)符號(hào)
    case punctuators(OCTkPunctuators)    //  關(guān)鍵字
    case keyword(OCTKKeyword)    // @關(guān)鍵字
    case atKeyword(OCTKAtKeyword)
}

完整的定義在這里：

MethodTraceAnalyze/ParseOCTokensDefine.swift

https://github.com/ming1016/MethodTraceAnalyze/blob/master/MethodTraceAnalyze/OC/ParseOCTokensDefine.swift

分詞過(guò)程可以參看LLVM的實(shí)現(xiàn)：

clang: lib/Lex/Lexer.cpp Source File

http://clang.llvm.org/doxygen/Lexer_8cpp_source.html

我在處理分詞時(shí)主要是按照分隔符一一對(duì)應(yīng)處理，針對(duì)代碼注釋和字符串進(jìn)行了特殊處理，一個(gè)注釋一個(gè)token，一個(gè)完整字符串一個(gè)token。我分詞實(shí)現(xiàn)代碼：

MethodTraceAnalyze/ParseOCTokens.swift

https://github.com/ming1016/MethodTraceAnalyze/blob/master/MethodTraceAnalyze/OC/ParseOCTokens.swift

由于只要取到類名和方法里的源碼，所以語(yǔ)法分析時(shí)，只需要對(duì)類定義和方法定義做解析就可以，語(yǔ)法樹(shù)中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：

// OC 語(yǔ)法樹(shù)節(jié)點(diǎn)public struct OCNode {    public var type: OCNodeType    public var subNodes: [OCNode]    public var identifier: String   // 標(biāo)識(shí)
    public var lineRange: (Int,Int) // 行范圍
    public var source: String       // 對(duì)應(yīng)代碼}// 節(jié)點(diǎn)類型public enum OCNodeType {    case `default`    case root    case `import`    case `class`    case method
}

其中l(wèi)ineRange記錄了方法所在文件的行范圍，這樣就能夠從文件中取出代碼，并記錄在source字段中。

解析語(yǔ)法樹(shù)需要先定義好解析過(guò)程的不同狀態(tài)：

private enum RState {    case normal    case eod                   // 換行
    case methodStart           // 方法開(kāi)始
    case methodReturnEnd       // 方法返回類型結(jié)束
    case methodNameEnd         // 方法名結(jié)束
    case methodParamStart      // 方法參數(shù)開(kāi)始
    case methodContentStart    // 方法內(nèi)容開(kāi)始
    case methodParamTypeStart  // 方法參數(shù)類型開(kāi)始
    case methodParamTypeEnd    // 方法參數(shù)類型結(jié)束
    case methodParamEnd        // 方法參數(shù)結(jié)束
    case methodParamNameEnd    // 方法參數(shù)名結(jié)束
    case at                    // @
    case atImplementation      // @implementation
    case normalBlock           // oc方法外部的 block {}，用于 c 方法}

完整解析出方法所屬類、方法行范圍的代碼在這里：

MethodTraceAnalyze/ParseOCNodes.swift

https://github.com/ming1016/MethodTraceAnalyze/blob/master/MethodTraceAnalyze/OC/ParseOCNodes.swift

解析.m和.mm文件，一個(gè)一個(gè)串行解的話，對(duì)于大工程，每次解的速度很難接受，所以采用并行方式去讀取解析多個(gè)文件。經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)每組在60個(gè)以上時(shí)能夠最大利用我機(jī)器（2.5 GHz雙核Intel Core i7）的CPU，內(nèi)存占用只有60M，一萬(wàn)多.m文件的工程大概2分半能解完。

使用的是dispatch group的wait，保證并行的一組完成再進(jìn)入下一組。

現(xiàn)在有了每個(gè)方法對(duì)應(yīng)的源碼，接下來(lái)就可以和前面trace的方法對(duì)應(yīng)上。頁(yè)面展示只需要寫(xiě)段js就能夠控制點(diǎn)擊時(shí)展示對(duì)應(yīng)方法的源碼。

頁(yè)面展示

在進(jìn)行HTML頁(yè)面展示前，需要將代碼里的換行和空格替換成HTML里的對(duì)應(yīng)的和 。

let allNodes = ParseOC.ocNodes(workspacePath: “/Users/ming/Downloads/GCDFetchFeed/GCDFetchFeed/GCDFetchFeed.xcworkspace”)var sourceDic = [String:String]()for aNode in allNodes {
    sourceDic[aNode.identifier] = aNode.source.replacingOccurrences(of: “\n”, with: “</br>”).replacingOccurrences(of: “ “, with: “&nbsp;”)
}

用p標(biāo)簽作為源碼展示的標(biāo)簽，方法執(zhí)行順序的編號(hào)加方法名作為p標(biāo)簽的id，然后用display: none; 將p標(biāo)簽隱藏。方法名用a標(biāo)簽，click屬性執(zhí)行一段js代碼，當(dāng)a標(biāo)簽點(diǎn)擊時(shí)能夠顯示方法對(duì)應(yīng)的代碼。這段js代碼如下：

function sourceShowHidden(sourceIdName) {    var sourceCode = document.getElementById(sourceIdName);
    sourceCode.style.display = “block”;
}

最終效果如下圖：

將動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析進(jìn)行了結(jié)合，后面可以通過(guò)不同版本進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)哪些方法的代碼實(shí)現(xiàn)改變了，能展示在頁(yè)面上。還可以進(jìn)一步靜態(tài)分析出哪些方法會(huì)調(diào)用到I/O函數(shù)、起新線程、新隊(duì)列等，然后展示到頁(yè)面上，方便分析。

讀到最后，可以看到這個(gè)方法分析工具并沒(méi)有用任何一個(gè)輪子，其實(shí)有些是可以使用現(xiàn)有輪子的，比如json、xml、xcodeproj、Objective-C語(yǔ)法分析等，之所以沒(méi)有用是因?yàn)椴煌喿邮褂玫恼Z(yǔ)言和技術(shù)區(qū)別較大，當(dāng)格式更新時(shí)如果使用的單個(gè)輪子沒(méi)有更新會(huì)影響整個(gè)工具。開(kāi)發(fā)這個(gè)工具主要工作是在解析上，所以使用自有解析技術(shù)也能夠讓所做的功能更聚焦，不做沒(méi)用的功能，減少代碼維護(hù)量，所要解析格式更新后，也能夠自主去更新解析方式。更重要的一點(diǎn)是可以親手接觸下這些格式的語(yǔ)法設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)

本文小結(jié)了啟動(dòng)優(yōu)化的技術(shù)手段，總的來(lái)說(shuō)，對(duì)啟動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化的決心的重要程度是遠(yuǎn)大于技術(shù)手段的，決定著是否能夠優(yōu)化的更多。技術(shù)手段有很多，我覺(jué)得手段的好壞區(qū)別只是在效率上，最差的情況全用手動(dòng)一個(gè)個(gè)去查耗時(shí)也是能夠解題的。