一款应用首先带给用户的就是启动体验，时间越短则体验越好，苹果更是建议应用第一个加载时间不宜超过 400 毫秒，可是据说 Swift 引用类型对应用的大小及启动速度有影响，这具体是怎么回事？

作者 | Noah Martin   译者 | 弯月

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

头图 | CSDN 下载自东方 IC

应用的启动体验是你带给用户的第一印象。在等待应用启动的过程中，每一毫秒对他们来说都很宝贵，他们完全可以将这些时间花在别处。如果你的应用很吸引用户，他们在一天内使用了很多次你的应用，那么他们肯定会一遍又一遍耐心地等待应用启动。苹果建议第一个画面的加载不应该超过 400 毫秒。这样可以确保在 Springboard 的应用启动动画结束前，你的应用就做好准备可以使用了。

由于只有 400 毫秒的时间，所以开发人员必须非常小心，应尽力避免意外增加应用的启动时间。然而，应用的启动过程非常复杂，有很多可变因素，因此我们很难准确地把握究竟哪些方面影响到了启动的速度。在构建自己的应用期间，我深入研究了应用大小与启动时间的关系。在本文中，我会揭开应用启动过程中较为神秘的一些方面，并向你展示 Swift 引用类型对应用的大小以及启动速度有何种影响。

Dyld

应用启动的时候，Dyld 会加载 Macho-O 可执行文件。Dyld 是苹果负责加载应用的程序。它的运行过程与你编写的代码相同，会在启动的时候加载所有依赖框架，包括系统框架。

Dyld 的任务之一是重定位二进制元数据中的指针，这些元数据描述了源代码中的类型。动态运行时功能需要这些元数据，但这些元数据也会导致二进制文件膨胀。以下是某个已编译的应用二进制文件中包含的 Obj-C 类的布局：

struct ObjcClass {
  let isa: UInt64
  let superclass: UInt64
  let cache: UInt64
  let mask: UInt32
  let occupied: UInt32
  let taggedData: UInt64
}

每个 UInt64 都是一段元数据的地址。由于它包含在应用二进制文件中，因此任何人从商店下载到的数据都是完全相同的。然而，由于地址空间布局随机化（Address Space Layout Randomization，简称 ASLR），因此每次启动应用时，这些数据在内存中的位置都会不同（并非总是从 0 开始）。这是一项安全功能，目的是为了防止他人猜测某个特定功能在内存中的位置。

ASLR 的问题在于，它会导致应用的二进制文件中硬编码的地址出错，实际的起始地址有随机的偏移量。Dyld 的任务就是重定位所有指针，纠正起始位置。可执行文件中的每个指针，以及所有依赖框架（包括递归依赖），都要经过这样的处理。此外，Dyld 还需要设置其他可能会影响启动时间的元数据，比如绑定，但是在本文中，我们只讨论重定位。

所有这些指针的设置都会导致应用的启动时间增加，因此减少指针设置可以缩减应用二进制文件的大小，加快启动速度。下面，我们来看一看这些指针设置源自何方，以及可能产生的影响。

Swift 和 Obj-C

上述，我们看到重定位的时间是由应用的 Obj-C 元数据引起的，但为什么 Swift 应用中会包含这些元数据呢？Swift 具有 @objc 属性，它可以让 Objective-C 代码看到 Swift 中的声明，但是即使 Obj-C 代码看不到 Swift 类型，也会生成元数据。这是因为所有 Swift 类型都包含苹果平台的 Objective-C 元数据。我们来看一看下面这个声明：

final class TestClass { }

这是纯 Swift 代码，并没有继承 NSObject，也没有使用 @objc。但是，它仍然会在二进制文件中生成一个 Obj-C 类元数据，而且还会产生 9 个需要重定位的指针！为了证明这一点，下面我们使用 Hopper 工具检查二进制文件，并查看“纯 Swift”类的 objc_class 条目：

图：应用二进制文件中的Obj-C元数据

将环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS 设置成 1，就可以看到启动应用时需要重定位的指针数量。在应用启动完成后，控制台中就会输出重定位的总数。我们甚至可以准确地找出这 9 个指针的位置。

并非所有 Swift 类型都会添加相同数量的重定位。如果通过重载超类或遵循 Obj-C 协议的方式，将方法公开给 Obj-C，则添加的重定位更多。另外，Swift 类上的每个属性都将在 Objective-C 元数据中生成一个 ivar。

测量

根据设备类型以及运行的应用，重定位对实际启动时间的影响也会有不同。我测量了一台旧 iPhone 5S 上的实际情况。

iOS 的启动大致可分为：热启动和冷启动。热启动指的是，系统已经启动过了应用，并缓存了一些 Dyld 设置信息。由于我测试的首次启动是冷启动，因此速度略微慢一些。

类数量	重定位	重定位时间(ms)
0	17715	8.71
1000	26726	9.23
10000	107726	43.31
20000	197721	104.23
40000	377724	195.26

我们可以看到，每进行 2000 次重定位操作，启动时间就会增加大约 1 毫秒。但这些时间不会直接累加到启动时间，因为某些操作可以并行完成，但是这些操作的确有一个下限，当重定位超过 40 万个时，应用的启动时间就已经接近了苹果建议的 400 毫秒的一半。

示例

我测量了几款流行的应用中重定位操作的发生次数，并借以了解这些操作在实践中的普遍程度。

% xcrun dyldinfo -rebase TikTok.app/TikTok | wc -l
2066598

抖音有 200 多万个重定位，这导致它的启动时间超过了一秒钟！抖音使用了 Objective-C，但是我也测试了一些大型的 Swift 应用，它们使用了单体二进制体系结构，其中的重定位次数大约在 68.5 万～180 万次之间。

该怎么办？

尽管每个类都会增加重定位操作，但我并没有建议将每个 Swift 类都换成 struct。大型 struct 也会增加二进制文件的大小，而且在某些情况下，你需要的只是引用而已。与其他提升性能的手段一样，你应该避免过早优化，而且首先应该从测量开始。在发现问题之后，你可以寻找应用中需要改进的地方。以下是一些常见的情况：

• 组合与继承

假设有如下这样的一个数据层：

class Section: Decodable {
  let name: String
  let id: Int
}


final class TextRow: Section {
  let title: String
  let subtitle: String


  private enum CodingKeys: CodingKey {
    case title
    case subtitle
  }


  required init(from decoder: Decoder) throws {
    let container = try decoder.container(keyedBy: CodingKeys.self)
    title = try container.decode(String.self, forKey: .title)
    subtitle = try container.decode(String.self, forKey: .subtitle)
    try super.init(from: decoder)
  }
}


final class ImageRow: Section {
  let imageURL: URL
  let accessibilityLabel: String


  private enum CodingKeys: CodingKey {
    case imageURL
    case accessibilityLabel
  }


  required init(from decoder: Decoder) throws {
    let container = try decoder.container(keyedBy: CodingKeys.self)
    imageURL = try container.decode(URL.self, forKey: .imageURL)
    accessibilityLabel = try container.decode(String.self, forKey: .accessibilityLabel)
    try super.init(from: decoder)
  }
}

这段代码会产生大量元数据，但是同样的功能可以通过值类型实现（更适合在数据层中使用），并最终减少 22% 的重定位。你需要用组合替换掉对象继承，例如具有关联值的枚举，或泛型等。

struct Section<SectionType: Decodable>: Decodable {
  let name: String
  let id: Int
  let type: SectionType
}


struct TextRow: Decodable {
  let title: String
  let subtitle: String
}


struct ImageRow: Decodable {
  let imageURL: URL
  let accessibilityLabel: String
}

• Swift 中的类别

即使 Swift 没有使用类别，而是使用了扩展，但你仍然可以通过声明使用了 Objective-C 函数的扩展来生成类别二进制元数据。声明方式如下：

extension TestClass {
  @objc
  func foo() { }


  override func bar() { }
}

这两个函数都包含在二进制元数据中，但是由于它们是在扩展中声明的，因此可以通过 TestClass 的合成类别引用。将这些函数移到原始类声明中，可以避免二进制文件包含额外的类别元数据。

此外，你还可以使用基于闭包的回调（例如 iOS 14 引入的回调）完全避免 @objc。

• 许多属性

Swift 类中的每个属性都会添加 3～6 个重定位，具体取决于该类是否为 final 类。如果有很多拥有 20 多个属性的大型类，那么这个数字就非常惊人了。例如：

final class TestClass {
  var property1: Int = 0
  var property2: Int = 0
  ...
  var property20: Int = 0
}

将其转换为 struct，可以减少 60% 的 rebase！

final class TestClass {
  struct Content {
    var property1: Int = 0
    var property2: Int = 0
    ...
    var property20: Int = 0
  }


  var content: Content = .init()
}

• 代码生成

回报率最高的提升方法之一就是改进代码生成。代码生成的一种流行的用法是在多个代码库中建立共享的数据模型。如果你在多种类型上进行此操作，则需注意它们会增加多少 Obj-C 元数据。然而，即便是值类型，也会增加代码量以及重定位的开销。最佳解决方案是尽可能减少生成的类型数量，或者用生成的函数替换自定义类型。

上述这些示例只是由于二进制文件规模扩大，而导致启动时间增加的几种情况。还有其他导致启动时间增加的原因，比如从磁盘加载到内存的代码量越大，启动时间就会越长。

原文链接：https://medium.com/codestory/why-swift-reference-types-are-bad-for-app-startup-time-90fbb25237fc

声明：本文为 CSDN 翻译，转载请注明来源。

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