iOS项目怎样进行二进制重排

什么是二进制重排？

在iOS项目中，二进制重排（Binary Reordering 或者 Binary Rearrangement）是一种优化技术，主要目的是通过重新组织应用程序的二进制文件中的代码和数据段，来提高应用程序的性能，特别是启动时间和运行时的性能。

二进制重排的主要目标

优化应用启动时间：通过将启动过程中最常访问的代码段和数据段提前到二进制文件的前面，减少加载时间。
提高运行时性能：通过减少指令和数据访问时的缓存未命中（Cache Misses），提高CPU的指令执行效率。

实现二进制重排的工具

苹果提供了一些工具来实现和分析二进制重排：

Xcode：通过Xcode中的Build Settings，可以开启和配置二进制重排的相关选项。
Instruments：使用Instruments中的Time Profiler等工具，分析应用的启动时间和运行时性能瓶颈。
llvm-profdata 和 llvm-cov 工具：这些工具可以用来收集代码执行的性能数据，并生成重排所需的配置文件。

二进制重排的工作流程

收集性能数据：运行应用并使用Instruments或其他性能分析工具收集启动时间和运行时的性能数据。
生成配置文件：使用收集到的数据生成二进制重排所需的配置文件，这些文件描述了哪些代码和数据段是最常被访问的。
重排二进制文件：根据配置文件，重新编译或重排应用的二进制文件，将最常被访问的代码段和数据段移到前面，以优化加载和运行时性能。

二进制重排的注意事项

准确的性能数据：二进制重排依赖于准确的性能数据，因此在收集数据时应尽可能模拟真实的使用场景。
频繁更新的代码：如果代码频繁更新，二进制重排需要重新进行，以确保优化效果。
测试：在重排后，需要进行充分的测试，以确保应用的功能和性能没有受到负面影响。

示例

在Xcode中开启和配置二进制重排的基本步骤如下：

打开项目设置，选择目标（target）。
选择“Build Settings”标签。
搜索“Optimization Profile”，设置其值为“Release”。
在“Other Swift Flags”中，添加-profile-generate和-profile-use=path/to/profile/file选项。

通过以上配置，可以在构建应用时开启二进制重排，以优化应用的启动时间和运行时性能。

二进制重排是一项高级的性能优化技术，适用于需要进一步优化启动时间和性能的iOS应用。在实施时，需要结合具体的应用场景和性能数据，合理配置和测试，确保优化效果。

在实际开发中怎样进行二进制重排？

对一个 iOS 项目进行二进制重排的具体步骤如下：

步骤 1：收集性能数据

在进行二进制重排之前，需要收集应用程序在运行时的性能数据。这些数据用于确定哪些函数和代码路径最常被访问。

在Xcode中启用Profile-Guided Optimization (PGO)
- 打开Xcode项目，选择项目目标（target）。
- 转到“Build Settings”选项卡。
- 在“Other C Flags”中添加 -fprofile-generate 。
- 在“Other Swift Flags”中添加 -profile-generate 。
运行应用程序以收集性能数据
- 在调试模式下运行应用程序，尽可能模拟用户的实际操作，以收集准确的性能数据。
- 运行后，Xcode会生成一个 .profraw 文件，包含性能数据。

步骤 2：生成性能数据配置文件

将收集到的 .profraw 文件转换为编译器可以使用的配置文件。

使用 llvm-profdata 工具
- 打开终端，运行以下命令将 .profraw 文件合并为一个配置文件：
```
xcrun llvm-profdata merge -output=default.profdata path/to/your/profraw/files/*.profraw
```

步骤 3：重新编译项目以进行二进制重排

使用生成的配置文件重新编译项目，以实现二进制重排。

配置Xcode以使用生成的配置文件
- 打开Xcode项目，选择项目目标（target）。
- 转到“Build Settings”选项卡。
- 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 。
重新编译项目
- 在Release模式下编译项目，这将使用生成的配置文件对二进制文件进行重排优化。

步骤 4：验证和测试

重新编译后的应用程序需要进行充分的测试，以确保功能和性能都符合预期。

测试启动时间
- 使用Instruments中的Time Profiler工具测试应用程序的启动时间，确保优化效果显著。
运行全面测试
- 运行单元测试和UI测试，确保应用程序的所有功能正常。

示例

以下是一个简要的终端命令示例，用于指导如何处理性能数据文件：

# 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

通过上述步骤，可以对iOS项目进行二进制重排，以优化启动时间和运行时性能。在具体实施过程中，收集性能数据的准确性和全面性是关键，需要模拟实际的使用场景并进行充分的测试。

二进制重排能够提高应用程序的性能，特别是启动时间和运行时的性能，具体的原因是什么？

二进制重排能够提高应用程序的性能，特别是启动时间和运行时性能，主要原因如下：

1. 优化代码布局以减少缓存未命中（Cache Misses）

现代处理器依赖于层级缓存（L1, L2, L3）来加速内存访问。二进制重排通过重新组织代码，使得在程序执行过程中，经常一起被访问的代码和数据紧邻在一起，这样可以：

减少缓存未命中：避免处理器从较慢的主内存中获取数据，提高内存访问速度。
提高缓存命中率：将热路径（Hot Paths）代码和数据尽可能放在同一个缓存行中，减少缓存切换的开销。

2. 优化启动路径

在应用启动时，某些函数和代码段比其他部分更频繁地被调用。通过二进制重排，可以将这些启动路径中的代码提前到二进制文件的前面，从而：

减少加载时间：操作系统在加载应用程序时，会更快地找到和加载这些关键代码段，减少初始启动时间。
减少磁盘I/O：优化后的二进制文件布局可以减少不必要的磁盘读取操作，进一步提升启动速度。

3. 减少分支预测失败（Branch Prediction Misses）

处理器有分支预测单元来猜测条件分支的执行路径。二进制重排可以通过将经常一起执行的代码段放在一起，减少分支预测的失败率，从而：

减少分支预测失败带来的性能损失：提高处理器的流水线效率，减少分支预测失败后的回滚和重新执行的开销。

4. 提高指令预取效率

现代处理器可以预取即将执行的指令，通过二进制重排，可以使这些指令预取更为高效：

提高指令预取成功率：预取机制能够更准确地加载接下来需要执行的指令，提高指令执行效率。

5. 减少内存分页和跳转开销

通过重排，可以将经常一起执行的函数和数据放在同一个内存页面内：

减少内存分页开销：减少页面切换时的内存分页开销，提高内存访问效率。
减少跳转开销：优化代码的物理布局，减少不必要的跳转操作。

6. 提高代码和数据局部性

局部性是指程序在执行过程中，会频繁访问某些特定的代码和数据区域。二进制重排通过优化布局，提高局部性：

空间局部性：经常一起访问的代码和数据放在相邻位置，减少内存访问时间。
时间局部性：将经常访问的代码和数据放在缓存中，减少缓存切换和重新加载的频率。

实际效果

实际应用中，二进制重排的效果可能因应用程序的不同而有所差异，但总体上，通过优化代码布局和减少不必要的内存和缓存开销，可以显著提高应用程序的启动速度和运行时性能。例如，一些大型应用程序在启用二进制重排后，启动时间可以减少数秒，同时运行时的响应速度也有所提升。

示例

在实际应用中，像Facebook和Google这样的公司已经在他们的移动应用中使用了类似的优化技术，通过Profile-Guided Optimization (PGO) 和二进制重排，显著提升了应用的性能。

通过这些优化措施，二进制重排能够有效地提高应用程序的性能，尤其是在启动时间和运行时效率方面，给用户带来更好的体验。