1 基础篇（上）

《带你领略 iOS 知识体系的全貌》这个系列分享自己在极客时间专栏《iOS 开发高手课》的学习心得，作者「戴铭」将专栏一共分成了四个板块：1）基础篇，2）应用篇，3）原理篇，4）原生与前端共舞篇。

我也按照作者的划分整理自己的学习笔记，在这个阶段自己偏向于吸收专栏的精华，往后阶段再慢慢增加自己的输出，以见证自己的成长。

今天要分享的是第一个板块：基础篇。

00 | 开篇#

2007 年乔布斯发布了第一代 iPhone—— 它重新定义了很多人对于手机的认知，同时也是移动互联网时代的开端。

2008 年 7 月 WWDC 苹果全球开发者大会上，苹果宣布 App Store 正式对外开放 —— 这意味着属于开发者的移动互联网时代真正开始了。

相比于寻找移动端下一个热点是什么？不如静下心来好好消化掉这几年浪潮留下的关键技术，在此基础上再去理解各种 “新技术”，必然会驾轻就熟。

作者戴铭热爱分享，喜欢将平时学习和工作中的经验分享到戴铭的博客上，也会将一些技术总结通过代码发到戴铭的 GitHub上。

01 | 建立你自己的 iOS 开发知识体系#

对于 iOS 的知识体系，作者划分为了基础、原理、应用开发、原生与前端四大板块，并送上了一张思维导图：

总的来说，不要看到啥就去学啥，而应该有目的、成体系地去学习，效果才会更好，进而可以从容地应对技术的更新迭代。

02 | App 启动速度怎么做优化与监控？#

App 启动过程#

一般情况下，App 的启动分为冷启动和热启动。

冷启动：一次完整的启动过程。 App 点击启动前，它的进程不在系统里，需要系统新创建一个进程分配给它启动的情况。
热启动：表面上打开 App 的过程。在 App 的进程还在系统里的情况下，用户重新启动进入 App 的情况。

用户能感知到的启动慢，都发生在主线程上。而 App 的冷启动主要包括三个阶段：

main () 函数执行前；
main () 函数执行后；
首屏渲染完成后。

main () 函数执行前#

主要过程：

加载可执行文件，即 App 的.o 文件的集合；
加载动态链接库，进行 rebase 指针调整和 bind 符号绑定；
Objc 运行时的初始处理，包括 Objc 相关类的注册、category 注册、selector 唯一性检查等；
初始化，包括执行 +load () 方法、调用 attribute ((constructor)) 修饰的函数、创建 C++ 静态全局变量。

优化点：

减少动态库加载（数量上，苹果公司建议最多使用 6 个非系统动态库）；
减少加载启动后不会去使用的类或者方法；
+load () 方法里的内容可以放到首屏渲染完成后再执行，或使用 +initialize () 方法替换掉（在一个 +load () 方法里，进行运行时方法替换操作会带来 4 毫秒的消耗，积少成多，其对启动速度的影响会越来越大）；
控制 C++ 全局变量的数量。

main () 函数执行后#

主要过程：从 main () 函数执行开始，到 appDelegate 的 didFinishLaunchingWithOptions 方法里首屏渲染相关方法执行完成。如：首页的业务代码都是在这个阶段执行的，包括首屏初始化所需配置文件的读写、首屏列表大数据的读取、首屏渲染的大量计算等操作。

优化思路：从功能上梳理出哪些是首屏渲染必要的初始化功能，哪些是 App 启动必要的初始化功能，而哪些是只需要在对应功能开始使用时才需要初始化的。

首屏渲染完成后#

主要过程：didFinishLaunchingWithOptions 方法作用域内执行首屏渲染之后的所有方法执行完成。其主要进行非首屏其他业务服务模块的初始化、监听的注册、配置文件的读取等操作。

优化点：优先处理会卡住主线程的方法，否则会影响到用户后面的交互操作。

明白了 App 启动阶段需要完成的工作后，接下来就有针对性地进行功能级别和方法级别的启动优化了。

功能级别的启动优化#

简单来说，就是在 main () 函数开始执行后到首屏渲染完成前的阶段，只处理首屏相关的业务，其他非首屏业务的初始化、监听注册、配置文件读取等都放到首屏渲染完成后去做。

方法级别的启动优化#

检查首屏渲染完成前主线程上有哪些耗时方法，将没必要的耗时方法滞后或者异步执行。

如何进行方法耗时的监控呢？主要有两种手段：

1）定时抓取主线程上的方法调用堆栈，计算一段时间里各个方法的耗时。Xcode 工具套件里自带的 Time Profiler ，采用的就是这种方式。其特点是精度不高，但也够用。

2）对 objc_msgSend 方法进行 hook 来掌握所有方法的执行耗时。其特点是非常精确，但只能针对 Objective-C 的方法（对于 c 方法和 block，倒也可以使用 libffi 的 ffi_call 来达成 hook，但编写维护相关工具的门槛较高）。

基于第 2 种方式监控耗时的完整代码，见GCDFetchFeed（开源项目），其使用方法：

在需要检测耗时的地方调用 [SMCallTrace start]，结束时调用 stop 和 save 就可以打印出方法的调用层级和耗时了，还可以设置最大深度和最小耗时检测，来过滤不需要看到的信息。

附objc_msgSend相关知识：

源码见苹果公司的开源网站；
它是 Objective-C 里方法执行的必经之路，能够控制所有的 Objective-C 方法，所以 hook 了它，就可以 hook 全部的 Objective-C 方法；
执行逻辑：先获取对象对应类的信息，再获取方法的缓存，根据方法的 selector 查找函数指针，经过异常错误处理后，最后跳到对应函数的实现。
用汇编语言写的原因：1）它的调用频次最高，在它上面进行的性能优化能够提升整个 App 生命周期的性能，而汇编语言在性能优化上属于原子级优化，能够把优化做到极致；2）其他语言难以实现未知参数跳转到任意函数指针的功能；
如何 hook 它，可以参考 Facebook 的开源库fishhook—— 实现在 iOS 上运行的 Mach-O 二进制文件中动态地重新绑定符号。

参考资料：

汇编语言入门教程—— 阮一峰

03 | Auto Layout 简介#

Cassowary是 Auto Layout 用到的布局算法。

使用 Auto Layout 一定要注意多使用 Compression Resistance Priority 和 Hugging Priority，利用优先级的设置，让布局更加灵活，代码更少，更易于维护，可以参考Auto Layout 相关的 Demo。

在前端出现了 Flexbox 这种高级的响应式布局思路后，苹果公司基于 Auto Layout 又封装了一个类似 Flexbox 的 UIStackView，用来提高 iOS 开发响应式布局的易用性。

PS：目前工程一般使用基于 Auto Layout 封装的第三方库，如Masonry—— 相关博客。

04 | 项目大了人员多了，架构怎么设计更合理？#

目标：将业务完全解耦，将通用功能下沉，每个业务都是一个独立的 Git 仓库，每个业务都能够生成一个 Pod 库，最后再集成到一起。

简单架构向大型项目架构演进中，就需要解决三个问题：

模块粒度应该如何划分？对于 iOS 这种面向对象编程的开发模式来说，我们首先应该遵循 SOLID 原则。
如何分层？建议不要超过三个：底层可以是与业务无关的基础组件，比如网络和存储等；中间层一般是通用的业务组件，比如账号、埋点、支付、购物车等；最上层是迭代业务组件，更新频率最高。
多团队如何协作？团队分工要灵活，不把人员隔离固化，导致做的东西相互都不用；然后要围绕着具体业务进行功能模块提炼，去解决重复建设的问题，在这个基础上把提炼出的模块做精做扎实。

作者心目中好的架构：

组件间关系协调但没有固定的标准，协调的优劣成为了衡量架构优劣的一个基本标准。

在实践中，一般有两种架构设计方案：

1）协议式：采用协议式编程思路，在编译层面使用协议定义规范，实现可在不同地方，从而达到分布管理和维护组件的目的。这种方式也遵循了依赖反转原则，是一种很好的面向对象编程的实践。

2）中间者：采用中间者统一管理的方式，控制 App 整个生命周期中组件间的调用关系。

在考虑架构设计时，我们更多的还是需要在功能逻辑和组件划分上做到同层级解耦，上下层依赖清晰，这样的结构才能够使得上层组件易插拔，下层组件更稳固。而中间者架构模式更容易维护这种结构，中间者的易管控和易扩展性，使得整体架构能够长期保持稳健与活力。所以，中间者架构更是作者心目中好的架构。

案例分享：

ArchitectureDemo——Github，其在中间者架构的基础上增加了对中间件、状态机、观察者、工厂模式的支持，此外，在使用上还支持链式调用。

参考资料：

iOS 应用架构谈开篇——Casatwy

05 | 链接器：符号是怎么绑定到地址上的？#

带着疑问学习：自己参与的项目里，为什么有的编译起来很快，有的却很慢；编译完成后，有的启动得很快，有的却很慢？

这篇要讲的链接器呀，它最主要的作用，就是将符号绑定到地址上。下面我们先从编译器讲起～

iOS 开发为什么使用编译器#

iOS 编写的代码是先使用编译器把代码编译成机器码，然后直接在 CPU 上执行。

之所以不使用解释器来运行代码，是因为苹果公司希望程序的执行效率更高、运行速度更快。

相反，解释器可以在运行时执行代码，该过程具有动态性，程序运行后能够通过更新代码随时改变程序的逻辑。

现在苹果公司使用的编译器是 LLVM，相比于 Xcode 5 版本前使用的 GCC，编译速度提高了 3 倍。同时，苹果公司也反过来主导了 LLVM 的发展，让 LLVM 可以针对苹果公司的硬件进行更多的优化。

LLVM 本质上是编译器工具链技术的一个集合：编译器会对每个文件进行编译，生成 Mach-O（可执行文件）；链接器（LLVM 中的 lld 项目）会将项目中的多个 Mach-O 文件合并成一个。

编译过程：

首先，你写好代码后，LLVM 会预处理你的代码，比如把宏嵌入到对应的位置。
然后，LLVM 会对代码进行词法分析和语法分析，生成 AST（抽象语法树，结构上比代码更精简，遍历起来更快）。
最后， AST 会生成 IR（中间表示），它是一种更接近机器码的语言，区别在于和平台无关，通过 IR 可以生成多份适合不同平台的机器码。对于 iOS 系统，IR 生成的可执行文件就是 Mach-O。

编译时链接器做了什么？#

链接器的作用，就是完成变量、函数名和其地址绑定这样的任务，篇首提到的符号，就可以理解为变量名和函数名。

并且，链接器在整理函数的符号调用关系时，会理清有哪些函数是没被调用的，并自动去除掉。该过程中，链接器会以 main 函数为源头，跟随每个引用，并将其标记为 live。跟随完成后，那些未被标记 live 的函数，就是无用函数。然后，链接器可以通过打开 Dead code stripping 开关，来开启自动去除无用代码的功能（这个开关是默认开启的）。

动态库链接#

链接的共用库分为静态库和动态库：

静态库是编译时链接的库，需要链接进你的 Mach-O 文件里，如果需要更新就要重新编译一次，无法动态加载和更新；
动态库是运行时链接的库，使用 dyld 就可以实现动态加载。

使用 dyld 加载动态库，有两种方式：1）有程序启动加载时绑定，2）符号第一次被用到时绑定。为了减少启动时间，大部分动态库使用的都是采用第 2 种方式。

常用工具：nm 工具 - 查看符号表、otool 工具 - 找符号所需库。

希望通过这个系列《带你领略 iOS 知识体系的全貌》，后续的深度挖掘就靠自己了，可不要浅尝辄止哦～

投票：春节假期你主要做什么呢？

A. 走访亲戚

B. 旅游

C. 组局

D. 看剧

E. 阅读

F. 敲代码

G. 其它