精确计算应用的冷启动耗时

07-17 1559阅读

在iOS项目中，冷启动时间是指从用户点击应用图标开始，到应用完全加载并呈现出第一个界面（可能需要网络请求必要的数据）所花费的时间。这里以 main 函数为界，分为两个时间段：

从用户点击应用图标 ~ invoke main func
invoke main func ~ 首屏渲染完成
计算 main 函数调用之前的耗时

通过添加环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS，可以准确计算应用程序的 Pre-main Time（即在 main 函数之前的启动时间）。DYLD_PRINT_STATISTICS 环境变量由动态链接器 dyld 提供，用于输出启动过程中各种操作的时间统计信息。

使用 DYLD_PRINT_STATISTICS 计算 Pre-main Time
1. 打开 Xcode 并选择你的项目。
2. 选择项目的 Scheme，点击 Edit Scheme…。
3. 在左侧选择 Run 选项卡，然后选择 Arguments 子选项卡。
4. 在 Environment Variables 部分，点击 + 按钮添加新的环境变量：
  - Name: DYLD_PRINT_STATISTICS
  - Value: 1
  - 点击 Close 保存更改。
运行应用并查看输出
1. 运行你的应用程序。在 Xcode 的调试控制台中，你会看到 dyld 输出的详细启动时间统计信息，包括以下几个部分：
  - Total pre-main time：从启动应用程序到调用 main 函数之间的总时间。
  - dylib loading time：加载动态库所花费的时间。
  - rebase/binding time：重定位和绑定符号的时间。
  - ObjC setup time：Objective-C 运行时环境的初始化时间。
  - initializer time：执行全局和静态变量的初始化时间。
解析输出示例

以下是调试控制台中可能看到的输出示例：
```
Total pre-main time: 200.21 milliseconds (100.0%)
         dylib loading time:  50.03 milliseconds (25.0%)
        rebase/binding time:  30.01 milliseconds (15.0%)
            ObjC setup time:  20.05 milliseconds (10.0%)
           initializer time: 100.12 milliseconds (50.0%)
```
解释输出
- Total pre-main time：总的 Pre-main 时间，从应用程序启动到 main 函数开始执行的时间。这包括动态库加载、重定位和符号绑定、Objective-C 运行时初始化、以及全局和静态变量的初始化时间。
- dylib loading time：加载动态库（dylibs）所花费的时间。
- rebase/binding time：重定位（rebase）和符号绑定（binding）所花费的时间。
- ObjC setup time：初始化 Objective-C 运行时环境所花费的时间。
- initializer time：执行全局和静态变量初始化所花费的时间。
  通过这些数据，可以了解应用启动过程中各个阶段的时间消耗，特别是 Pre-main 时间，这对于优化应用的启动性能非常有帮助。
  
  优化建议
  
  根据 Pre-main 时间的统计信息，可以针对性地进行优化，例如：
  1. 减少动态库数量：减少应用程序依赖的动态库数量，可以显著减少动态库加载时间。
  2. 优化符号绑定：通过减少符号绑定和重定位的数量，可以降低 rebase/binding 时间。
  3. 优化全局变量初始化：避免复杂和耗时的全局变量初始化，尽量推迟到实际使用时再初始化。
  4. 减少 Objective-C 类的数量：减少 Objective-C 类的数量和复杂性，可以降低 ObjC setup 时间。
  通过这些优化措施，可以有效减少 Pre-main 时间，从而提升应用的启动速度。
  
  小结
  
  通过添加环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS，可以准确计算和分析应用的 Pre-main 时间。这为优化应用的启动性能提供了详细的参考数据，使开发者能够更有针对性地进行优化。
  
  计算 main 函数到首屏渲染完成的耗时
  
  从 main 函数到完全呈现出第一个界面的时间，特别是在第一个界面涉及网络请求的情况下，计算这一段时间可以通过以下几步来实现：
  
  方法 1：使用 os_signpost API 记录时间
  
  在应用的关键点添加 os_signpost 标记，并结合 Instruments 工具进行分析。
  
  步骤 1：设置 os_signpost 标记
  
  在 main 函数中和第一个界面呈现完成后添加 os_signpost 标记。
```
import os.signpost
let log = OSLog(subsystem: Bundle.main.bundleIdentifier!, category: "Performance")
@UIApplicationMain
class AppDelegate: UIResponder, UIApplicationDelegate {
    var window: UIWindow?
    var signpostID = OSSignpostID(log: log)
    static func main() {
        os_signpost(.begin, log: log, name: "App Launch", signpostID: OSSignpostID(log: log))
        UIApplicationMain(CommandLine.argc, CommandLine.unsafeArgv, nil, NSStringFromClass(AppDelegate.self))
    }
    func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool {
        // 初始化代码...
        return true
    }
}
class YourViewController: UIViewController {
    override func viewDidAppear(_ animated: Bool) {
        super.viewDidAppear(animated)
        
        // 假设这是进行网络请求并更新界面的方法
        fetchDataAndUpdateUI()
    }
    
    func fetchDataAndUpdateUI() {
        // 开始网络请求
        let log = OSLog(subsystem: Bundle.main.bundleIdentifier!, category: "Performance")
        let signpostID = OSSignpostID(log: log)
        os_signpost(.begin, log: log, name: "Fetch Data", signpostID: signpostID)
        
        // 模拟网络请求
        DispatchQueue.global().async {
            sleep(2) // 模拟网络延迟
            DispatchQueue.main.async {
                // 完成网络请求并更新UI
                os_signpost(.end, log: log, name: "Fetch Data", signpostID: signpostID)
                os_signpost(.end, log: log, name: "App Launch", signpostID: OSSignpostID(log: log))
                // 更新UI代码...
            }
        }
    }
}
```
  步骤 2：使用 Instruments 工具进行分析
  1. 打开 Xcode 并选择你的项目。
  2. 选择 Product > Profile 或使用快捷键 Command + I 启动 Instruments。
  3. 在 Instruments 中选择 Signpost Instrument 模板并点击 Choose。
  4. 在 Instruments 界面中，点击 Record 按钮，启动你的应用。
  5. 在左侧的活动记录（Activity Trace）中，可以看到 App Launch 和 Fetch Data 的开始和结束时间。
  通过这种方法，可以准确地测量从 main 函数开始到第一个界面完全呈现出来的时间，包括网络请求所花费的时间。
  
  方法 2：手动记录时间戳
  
  在关键点手动记录时间戳，并计算总耗时。
  
  步骤 1：记录时间戳
  
  在 AppDelegate 和视图控制器中记录时间戳。
```
import UIKit
@UIApplicationMain
class AppDelegate: UIResponder, UIApplicationDelegate {
    var window: UIWindow?
    static var launchStartTime: TimeInterval?
    static var firstViewControllerLoadTime: TimeInterval?
    
    static func main() {
        launchStartTime = Date().timeIntervalSince1970
        UIApplicationMain(CommandLine.argc, CommandLine.unsafeArgv, nil, NSStringFromClass(AppDelegate.self))
    }
    func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool {
        // 初始化代码...
        return true
    }
}
class YourViewController: UIViewController {
    override func viewDidAppear(_ animated: Bool) {
        super.viewDidAppear(animated)
        
        // 假设这是进行网络请求并更新界面的方法
        fetchDataAndUpdateUI()
    }
    
    func fetchDataAndUpdateUI() {
        // 开始网络请求
        let startTime = Date().timeIntervalSince1970
        
        // 模拟网络请求
        DispatchQueue.global().async {
            sleep(2) // 模拟网络延迟
            DispatchQueue.main.async {
                // 完成网络请求并更新UI
                let endTime = Date().timeIntervalSince1970
                if let launchStartTime = AppDelegate.launchStartTime {
                    let totalLaunchTime = endTime - launchStartTime
                    print("Total launch time including network request: \(totalLaunchTime) seconds")
                }
                // 更新UI代码...
            }
        }
    }
}
```
  步骤 2：运行并查看输出
  1. 运行你的应用程序。
  2. 在调试控制台中查看总的启动时间，包括网络请求的时间。
  小结
  
  通过上述方法，可以准确计算从 main 函数到第一个界面完全呈现出来的时间，尤其是在涉及网络请求的情况下。使用 os_signpost API 结合 Instruments 工具进行分析，可以提供更详细和精确的性能测量数据。而手动记录时间戳的方法则相对简单，但同样能提供一个大致的时间估计。