什么是二進(jìn)制重排 ？

在iOS項目中，二進(jìn)制重排（Binary Reordering 或者 Binary Rearrangement）是一種優(yōu)化技術(shù)，主要目的是通過重新組織應(yīng)用程序的二進(jìn)制文件中的代碼和數(shù)據(jù)段，來提高應(yīng)用程序的性能，特別是啟動時間和運行時的性能。

二進(jìn)制重排的主要目標(biāo)

1. 優(yōu)化應(yīng)用啟動時間：通過將啟動過程中最常訪問的代碼段和數(shù)據(jù)段提前到二進(jìn)制文件的前面，減少加載時間。
2. 提高運行時性能：通過減少指令和數(shù)據(jù)訪問時的緩存未命中（Cache Misses），提高CPU的指令執(zhí)行效率。

實現(xiàn)二進(jìn)制重排的工具

蘋果提供了一些工具來實現(xiàn)和分析二進(jìn)制重排：

1. Xcode：通過Xcode中的Build Settings，可以開啟和配置二進(jìn)制重排的相關(guān)選項。
2. Instruments：使用Instruments中的Time Profiler等工具，分析應(yīng)用的啟動時間和運行時性能瓶頸。
3. llvm-profdata 和 llvm-cov 工具：這些工具可以用來收集代碼執(zhí)行的性能數(shù)據(jù)，并生成重排所需的配置文件。

二進(jìn)制重排的工作流程

1. 收集性能數(shù)據(jù)：運行應(yīng)用并使用Instruments或其他性能分析工具收集啟動時間和運行時的性能數(shù)據(jù)。
2. 生成配置文件：使用收集到的數(shù)據(jù)生成二進(jìn)制重排所需的配置文件，這些文件描述了哪些代碼和數(shù)據(jù)段是最常被訪問的。
3. 重排二進(jìn)制文件：根據(jù)配置文件，重新編譯或重排應(yīng)用的二進(jìn)制文件，將最常被訪問的代碼段和數(shù)據(jù)段移到前面，以優(yōu)化加載和運行時性能。

二進(jìn)制重排的注意事項

• 準(zhǔn)確的性能數(shù)據(jù)：二進(jìn)制重排依賴于準(zhǔn)確的性能數(shù)據(jù)，因此在收集數(shù)據(jù)時應(yīng)盡可能模擬真實的使用場景。
• 頻繁更新的代碼：如果代碼頻繁更新，二進(jìn)制重排需要重新進(jìn)行，以確保優(yōu)化效果。
• 測試：在重排后，需要進(jìn)行充分的測試，以確保應(yīng)用的功能和性能沒有受到負(fù)面影響。

示例

在Xcode中開啟和配置二進(jìn)制重排的基本步驟如下：

1. 打開項目設(shè)置，選擇目標(biāo)（target）。
2. 選擇“Build Settings”標(biāo)簽。
3. 搜索“Optimization Profile”，設(shè)置其值為“Release”。
4. 在“Other Swift Flags”中，添加-profile-generate和-profile-use=path/to/profile/file選項。

通過以上配置，可以在構(gòu)建應(yīng)用時開啟二進(jìn)制重排，以優(yōu)化應(yīng)用的啟動時間和運行時性能。

二進(jìn)制重排是一項高級的性能優(yōu)化技術(shù)，適用于需要進(jìn)一步優(yōu)化啟動時間和性能的iOS應(yīng)用。在實施時，需要結(jié)合具體的應(yīng)用場景和性能數(shù)據(jù)，合理配置和測試，確保優(yōu)化效果。

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在實際開發(fā)中怎樣進(jìn)行二進(jìn)制重排 ？

對一個 iOS 項目進(jìn)行二進(jìn)制重排的具體步驟如下：

步驟 1：收集性能數(shù)據(jù)

在進(jìn)行二進(jìn)制重排之前，需要收集應(yīng)用程序在運行時的性能數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用于確定哪些函數(shù)和代碼路徑最常被訪問。

1. 在Xcode中啟用Profile-Guided Optimization (PGO)

   • 打開Xcode項目，選擇項目目標(biāo)（target）。
   • 轉(zhuǎn)到“Build Settings”選項卡。
   • 在“Other C Flags”中添加 -fprofile-generate 。
   • 在“Other Swift Flags”中添加 -profile-generate 。

2. 運行應(yīng)用程序以收集性能數(shù)據(jù)

   • 在調(diào)試模式下運行應(yīng)用程序，盡可能模擬用戶的實際操作，以收集準(zhǔn)確的性能數(shù)據(jù)。
   • 運行后，Xcode會生成一個 .profraw 文件，包含性能數(shù)據(jù)。

步驟 2：生成性能數(shù)據(jù)配置文件

將收集到的 .profraw 文件轉(zhuǎn)換為編譯器可以使用的配置文件。

1. 使用 llvm-profdata 工具
   • 打開終端，運行以下命令將 .profraw 文件合并為一個配置文件：

     xcrun llvm-profdata merge -output=default.profdata path/to/your/profraw/files/*.profraw
     

步驟 3：重新編譯項目以進(jìn)行二進(jìn)制重排

使用生成的配置文件重新編譯項目，以實現(xiàn)二進(jìn)制重排。

1. 配置Xcode以使用生成的配置文件

   • 打開Xcode項目，選擇項目目標(biāo)（target）。
   • 轉(zhuǎn)到“Build Settings”選項卡。
   • 在“Other C Flags”中添加 -fprofile-use=path/to/default.profdata 。
   • 在“Other Swift Flags”中添加 -profile-use=path/to/default.profdata 。

2. 重新編譯項目

   • 在Release模式下編譯項目，這將使用生成的配置文件對二進(jìn)制文件進(jìn)行重排優(yōu)化。

步驟 4：驗證和測試

重新編譯后的應(yīng)用程序需要進(jìn)行充分的測試，以確保功能和性能都符合預(yù)期。

1. 測試啟動時間

   • 使用Instruments中的Time Profiler工具測試應(yīng)用程序的啟動時間，確保優(yōu)化效果顯著。

2. 運行全面測試

   • 運行單元測試和UI測試，確保應(yīng)用程序的所有功能正常。

示例

以下是一個簡要的終端命令示例，用于指導(dǎo)如何處理性能數(shù)據(jù)文件：

# Step 1: Run the app to generate .profraw files
# This step is done by running the app in Xcode with profile generation flags set# Step 2: Merge .profraw files into a single .profdata file
xcrun llvm-profdata merge -output=default.profdata path/to/your/profraw/files/*.profraw# Step 3: Rebuild the project using the .profdata file
# This step is done by configuring Xcode build settings to use the generated .profdata file

通過上述步驟，可以對iOS項目進(jìn)行二進(jìn)制重排，以優(yōu)化啟動時間和運行時性能。在具體實施過程中，收集性能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性是關(guān)鍵，需要模擬實際的使用場景并進(jìn)行充分的測試。

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二進(jìn)制重排能夠提高應(yīng)用程序的性能，特別是啟動時間和運行時的性能，具體的原因是什么 ？

二進(jìn)制重排能夠提高應(yīng)用程序的性能，特別是啟動時間和運行時性能，主要原因如下：

1. 優(yōu)化代碼布局以減少緩存未命中（Cache Misses）

現(xiàn)代處理器依賴于層級緩存（L1, L2, L3）來加速內(nèi)存訪問。二進(jìn)制重排通過重新組織代碼，使得在程序執(zhí)行過程中，經(jīng)常一起被訪問的代碼和數(shù)據(jù)緊鄰在一起，這樣可以：

• 減少緩存未命中：避免處理器從較慢的主內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)，提高內(nèi)存訪問速度。
• 提高緩存命中率：將熱路徑（Hot Paths）代碼和數(shù)據(jù)盡可能放在同一個緩存行中，減少緩存切換的開銷。

2. 優(yōu)化啟動路徑

在應(yīng)用啟動時，某些函數(shù)和代碼段比其他部分更頻繁地被調(diào)用。通過二進(jìn)制重排，可以將這些啟動路徑中的代碼提前到二進(jìn)制文件的前面，從而：

• 減少加載時間：操作系統(tǒng)在加載應(yīng)用程序時，會更快地找到和加載這些關(guān)鍵代碼段，減少初始啟動時間。
• 減少磁盤I/O：優(yōu)化后的二進(jìn)制文件布局可以減少不必要的磁盤讀取操作，進(jìn)一步提升啟動速度。

3. 減少分支預(yù)測失敗（Branch Prediction Misses）

處理器有分支預(yù)測單元來猜測條件分支的執(zhí)行路徑。二進(jìn)制重排可以通過將經(jīng)常一起執(zhí)行的代碼段放在一起，減少分支預(yù)測的失敗率，從而：

• 減少分支預(yù)測失敗帶來的性能損失：提高處理器的流水線效率，減少分支預(yù)測失敗后的回滾和重新執(zhí)行的開銷。

4. 提高指令預(yù)取效率

現(xiàn)代處理器可以預(yù)取即將執(zhí)行的指令，通過二進(jìn)制重排，可以使這些指令預(yù)取更為高效：

• 提高指令預(yù)取成功率：預(yù)取機制能夠更準(zhǔn)確地加載接下來需要執(zhí)行的指令，提高指令執(zhí)行效率。

5. 減少內(nèi)存分頁和跳轉(zhuǎn)開銷

通過重排，可以將經(jīng)常一起執(zhí)行的函數(shù)和數(shù)據(jù)放在同一個內(nèi)存頁面內(nèi)：

• 減少內(nèi)存分頁開銷：減少頁面切換時的內(nèi)存分頁開銷，提高內(nèi)存訪問效率。
• 減少跳轉(zhuǎn)開銷：優(yōu)化代碼的物理布局，減少不必要的跳轉(zhuǎn)操作。

6. 提高代碼和數(shù)據(jù)局部性

局部性是指程序在執(zhí)行過程中，會頻繁訪問某些特定的代碼和數(shù)據(jù)區(qū)域。二進(jìn)制重排通過優(yōu)化布局，提高局部性：

• 空間局部性：經(jīng)常一起訪問的代碼和數(shù)據(jù)放在相鄰位置，減少內(nèi)存訪問時間。
• 時間局部性：將經(jīng)常訪問的代碼和數(shù)據(jù)放在緩存中，減少緩存切換和重新加載的頻率。

實際效果

實際應(yīng)用中，二進(jìn)制重排的效果可能因應(yīng)用程序的不同而有所差異，但總體上，通過優(yōu)化代碼布局和減少不必要的內(nèi)存和緩存開銷，可以顯著提高應(yīng)用程序的啟動速度和運行時性能。例如，一些大型應(yīng)用程序在啟用二進(jìn)制重排后，啟動時間可以減少數(shù)秒，同時運行時的響應(yīng)速度也有所提升。

示例

在實際應(yīng)用中，像Facebook和Google這樣的公司已經(jīng)在他們的移動應(yīng)用中使用了類似的優(yōu)化技術(shù)，通過Profile-Guided Optimization (PGO) 和二進(jìn)制重排，顯著提升了應(yīng)用的性能。

通過這些優(yōu)化措施，二進(jìn)制重排能夠有效地提高應(yīng)用程序的性能，尤其是在啟動時間和運行時效率方面，給用戶帶來更好的體驗。