用ccache讓Xcode運行、打包飛起來

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作者丨擇勢量投
來源丨簡書

https://www.jianshu.com/p/b61f182f75d2

你想圖省事，硬盤空間有幾十G的空餘，秒切分支，可以看文章底部，有笨重但極方便的方法

概述

腰果上岸科技有三個APP分別是腰果公考（支持iPad）、上岸計劃、每日一題，最近因爲在快速迭代開發新功能，項目規模急速增長，單個端業務代碼約20萬行，私有庫約5萬行，第三方庫代碼約20萬行，單個客戶端的代碼行數約45萬行。現在打包一次耗時需要10分鐘左右。雖然還遠遠比不上 Facebook 的40分鐘，但是我們在內測的時候，經常一天要發佈內測版兩到三次。打包時CPU佔用基本上是百分百的，因爲沒有專門的 CI 機器，對負責打包的同事（主要是我自己）的工作時間佔用比較多，所以最近一直在尋找加快打包速度的方案。

目前的項目架構

我們的項目使用 CocoaPods 來管理第三方庫和私有庫的依賴，對大部分項目來說應該是標配了。目前還是純 Objective-C 的項目，有少量C++，沒有引入 Swift。

調研過的方案

下面列出研究過的一些主流方案以及最後沒有采用的原因，這些方案有各自的侷限性，但是也給了我不少啓發，思考過程跟最終方案一樣有價值。

cocoapods-packager

cocoapods-packager 可以將任意的 pod 打包成 Static Library，省去重複編譯的時間，一定程度上可以加快編譯時間，但是也有自身的缺點：

優化不徹底，只能優化第三方和私有 Pod 的編譯速度，對於其他改動頻繁的業務代碼無能爲力
私有庫和第三方庫的後續更新很麻煩，當有源碼修改後，需要重新打包上傳到內部的 Git 倉庫
過多的二進制文件會拖慢 Git 的操作速度（目前還沒部署 Git 的 LFS）
難以調試源碼

Carthage

這個方案跟 cocoapods-packager 比較類似，優缺點都差不多，但 Carthage 可以比較方便地調試源碼。因爲我們目前已經大規模使用 CocoaPods，轉用 Carthage 來做包管理需要做大量的轉換工作，所以不考慮這個方案了。

Buck

Buck 是一套通用的構建系統，由 Facebook 開源。最大的特色是智能的增量編譯可以極大地提高構建速度。最早聽說 Buck 的時候，它還只能用在安卓上，現在已經適配了 iOS。它能增快構建速度的主要原因是緩存了編譯結果，通過持續監視項目目錄的文件變化，每次編譯時只編譯有改動的文件。另外一個讓我很受啓發的功能是 HTTP Cache Server，通過一臺緩存文件服務器來保存大家的編譯結果，這樣只要團隊裏其中一人編譯過的文件，其他人就不用再編譯了，直接下載就行。

Buck 是個相當完備的解決方案，很多國外的大公司例如 Uber 都已經用上。我也花了很多時間來研究，最終還是認爲對我們的項目和團隊來說，目前並不是很適合，主要原因是：

Buck 拋棄了 Xcode 的項目文件，需要手工編寫配置文件來指定編譯規則，這要對現有項目作出大幅度的調整。我們目前還在快速迭代新功能，沒有餘暇和人手來實施。

開發和調試的流程都得做出很大的改變。因爲 Buck 接管了項目編譯的過程，想調試項目不能簡單地在 Xcode 裏面 ⌘+R 了，得先反過來讓 Buck 生成 Xcode 的項目文件。Uber 的工程師甚至推薦使用 Nuclide 來代替 Xcode 作爲開發環境。雖然原理上是可行的，但是團隊需要花不少時間來適應，短期內效率降低無可避免。

用 Xcode 調試代碼享受不到加快編譯速度的好處。雖然可以用 buck 命令啓動 App，然後在命令行裏啓動 lldb 來調試，但那就無法使用 Xcode 的調試工具例如 View Debugging 和 Memory Graph Debugger。

Bazel

Bazel 跟 Buck 很相似，是 Google 開源的，優缺點跟 Buck 都差不多，不再詳細說了。

distcc 分佈式編譯

原理是把一部分需要編譯的文件發送到服務器上，服務器編譯完成後把編譯產物傳回來。我嘗試了一下比較出名的 distcc，搭建過程比較簡單，最後也能成功地把編譯任務分派到內網的多臺服務器上。但是其他編譯服務器的 CPU 佔用總是很低，只有 20% 左右；也就是說分派任務的速度甚至還趕不上服務器編譯的速度，分派任務然後回傳編譯產物這個過程所耗費的時間超過了本地直接編譯。不停調整參數反覆試驗了很多次，最後發現編譯時間完全沒有變快，甚至還有點變慢了。可能以我們目前項目的規模並不適合使用分佈式編譯。

最終方案：CCache

先來看看我對於解決方案的訴求：

能大幅度地提升編譯速度，起碼要減少掉 50% 的編譯時間
不需要對項目作出重大調整
不需要改變開發工具鏈

CCache 是一個能夠把編譯的中間產物緩存起來的工具，在其他領域已經有不少應用，只是在 iOS 界的實踐比較少。經過我的實踐，它能夠滿足我前面的三點要求。我最早認識到它是搜到了這篇文章：Using ccache for Fun and Profit | Inside PSPDFKit

如果你不使用 CocoaPods，參照上面的文章即可。因爲針對 CocoaPods 需要作出一些額外的調整，所以還是說明一下。下面就來說說要怎樣把 CCache 應用在用 CocoaPods 作爲包管理工具的 iOS 項目中。

安裝步驟

注意：項目路徑不能有中文，否則會影響 CCache 的正常工作

安裝 CCache

首先你需要在電腦上安裝 Homebrew，對使用 macOS 的程序員來說應該是標配，略過。通過 Homebrew 安裝 CCache，在命令行中執行

$ brew install ccache

命令跑完後即安裝成功，中間可能會遇到升級Homebrew，不用做特殊處理，等待終端自動完成即可。

創建 CCache 編譯腳本

爲了能讓 CCache 介入到整個編譯的過程，我們要把 CCache 作爲項目的 C 編譯器，當 CCache 找不到編譯緩存時，它會再把編譯指令傳遞給真正的編譯器 clang。

ccache-clang

cd到項目目錄，新建一個文件命名爲 ccache-clang 的空白文件即可。

$ touch ccache-clang

在find 中雙擊打開，輸入下面這段腳本並保存。

#!/bin/sh
if type -p ccache >/dev/null 2>&1; then
  export CCACHE_MAXSIZE=10G
  export CCACHE_CPP2=true
  export CCACHE_HARDLINK=true
  export CCACHE_SLOPPINESS=file_macro,time_macros,include_file_mtime,include_file_ctime,file_stat_matches
  
  # 指定日誌文件路徑到桌面，等下排查集成問題有用，集成成功後刪除，否則很佔磁盤空間
  export CCACHE_LOGFILE='~/Desktop/CCache.log'
  exec ccache /usr/bin/clang "$@"
else
  exec clang "$@"
fi

在命令行中， ccache-clang 文件的目錄，把它的權限改成可執行文件

$ chmod 777 ccache-clang

ccache-clang++

如果你的代碼或者是第三方庫的代碼用到了C++，用同樣的方法創建一個ccache-clang++。相應的對clang的調用也要改成clang++，否則 CCache 不會應用在 C++ 的代碼上。

#!/bin/sh
if type -p ccache >/dev/null 2>&1; then
  export CCACHE_MAXSIZE=10G
  export CCACHE_CPP2=true
  export CCACHE_HARDLINK=true
  export CCACHE_SLOPPINESS=file_macro,time_macros,include_file_mtime,include_file_ctime,file_stat_matches
  
  # 指定日誌文件路徑到桌面，等下排查集成問題有用，集成成功後刪除，否則很佔磁盤空間
  export CCACHE_LOGFILE='~/Desktop/CCache.log'
  exec ccache /usr/bin/clang++ "$@"
else
  exec clang++ "$@"
fi

完成後項目中應該有這兩個文件

Xcode 項目的調整

定義CC常量

在你項目的構建設置(Build Settings)中，添加一個常量CC，這個值會讓 Xcode 在編譯時把執行路徑的可執行文件當做 C 編譯器。CC常量的值爲 $(SRCROOT)/ccache-clang，如果你的腳本不是放在項目根目錄，則自行調整路徑。如果一運行項目就報錯，檢查下路徑是不是填錯了。

關閉 Clang Modules

因爲 CCache 不支持 Clang Modules，所以需要把 Enable Modules 的選項關掉。這個問題在 CocoaPods 上如何處理，後面會講。

關閉了 Enable Modules 後需要作出的調整因爲關閉了 Enable Modules，所以必須刪除所有的 @import語句，替換爲#import的語法例如將 @import UIKit 替換爲 #import 。之後，如果你用到了其他的系統框架例如 AVFoundation、CoreLocation等，現在 Xcode 不會再幫你自動引入了，你得要在項目 Target 的 Build Phrase -> Link Binary With Libraries 裏面自己手動引入。

可能需要重新引入的庫

測試效果

嘗試編譯一遍，然後在命令行裏輸入 ccache -s 就能看見類似下面的 ccache 運行情況統計：

cache directory                     /Users/mac/.ccache
primary config                      /Users/mac/.ccache/ccache.conf
secondary config      (readonly)    /usr/local/Cellar/ccache/3.3.4_1/etc/ccache.conf
cache hit (direct)                 14378
cache hit (preprocessed)            1029
cache miss                          7875
cache hit rate                     66.18 %
called for link                       61
called for preprocessing              48
compile failed                         2
preprocessor error                     4
can't use precompiled header          70
unsupported compiler option         2332
no input file                         11
cleanups performed                     0
files in cache                     35495
cache size                           1.3 GB
max cache size                       10.0 GB

如果成功接入，就能看見 cache miss 不爲0。因爲第一次編譯沒有緩存，肯定是全 miss 的。接着編譯第二遍，如果能看見 cache hit 的數字開始飆升，恭喜你，接入成功了。

CocoaPods 的處理

如果你的項目不用 CocoaPods 來做包管理，那你已經完全接入成功了，不用執行下面的操作。

因爲 CocoaPods 會單獨把第三方庫打包成一個 Static Library（或者是Dynamic Framework，如果用了 use_frameworks!選項），所以 CocoaPods 生成的 Static Library 也需要把 Enable Modules 選項給關掉。但是因爲 CocoaPods 每次執行 pod update 的時候都會把 Pods 項目重新生成一遍，如果直接在 Xcode 裏面修改 Pods 項目裏面的 Enable Modules 選項，下次執行pod update的時候又會被改回來。我們需要在 Podfile 裏面加入下面的代碼，讓生成的項目關閉 Enable Modules 選項，同時加入 CC 參數，否則 pod 在編譯的時候就無法使用 CCache 加速：

post_install do |installer_representation|
  installer_representation.pods_project.targets.each do |target|
    target.build_configurations.each do |config|
      #關閉 Enable Modules
      config.build_settings['CLANG_ENABLE_MODULES'] = 'NO'
      
      # 在生成的 Pods 項目文件中加入 CC 參數，路徑的值根據你自己的項目來修改
      config.build_settings['CC'] = '$(PODS_ROOT)/../ccache-clang' 
    end
  end
end

需要注意的是，如果你使用的某個 Pod 引用了系統框架，例如AFNetworking引用了System Configuration，你需要在你自己項目的Build Phrase -> Link Binary With Libraries裏面代爲引入，否則你編譯時可能會收到 Undefined symbols xxx for architecture yyy一類的錯誤。有點回到了原始時代的感覺，但考慮到編譯速度的極大提升，這一點代價可以接受。

可能需要重新引入的庫

集成問題排查

重點關注日誌文件的輸出和ccache -s 命令的統計，如果在日誌中看到了 unsupported compiler option -fmodules 這樣的字眼，就是你的 Enable Modules 沒有關掉了，根據前面的步驟仔細檢查。其他問題，參考官方文檔的 Troubleshooting。

進一步的優化

移除 Precompiled Header File

PCH 的內容會被附加在每個文件前面，而 CCache 是根據文件內容的 MD4 摘要來查找緩存的，因此當你修改了 PCH 或者 PCH 引用到的頭文件的內容時，會造成全部緩存失效，只能全體重新編譯。CCache 在首次編譯的時候因爲需要更新緩存，會造成編譯時間變長差不多一倍。因此如果 PCH 或者 PCH 引入的文件被頻繁修改的話，緩存就會頻繁地 miss，這種情況下還不如不用 CCache。

爲了避免以上這種情況，我建議在 PCH 裏面儘量少引入頭文件，只保留比較少更改的系統框架和第三方類庫的頭文件。最好是把 PCH 徹底刪除，反正蘋果現在也不建議使用 PCH 了，Xcode 新建的項目默認都是不帶 PCH 的。

在團隊內部共享緩存文件夾

這個優化方式我嘗試過，最終效果不是很好，因此沒有采用。CCache 的官方文檔中有一段關於共享緩存文件夾的說明，描述瞭如何修改 CCache 的配置，讓編譯緩存能夠在多臺電腦之間公用，理論上只要其中一個人編譯過的文件其他人就能直接下載到了，節約了整個團隊的時間。因爲 Buck 也有類似的機制，我覺得值得嘗試一下，便在公司局域網內搭建了一個 OwnCloud 網盤，讓大家把自己電腦上的 CCache 緩存目錄放上去共享。雖然試驗是成功了，但是實際效果並不好。因爲同步在多臺電腦上大小達到幾個G的緩存目錄，需要在後臺進行很多文件的對比和傳輸的工作，在編譯的同時進行這些操作會耗費不少計算資源，反而會拖慢編譯速度。加上移除掉 PCH 後，其實緩存的命中率已經相當可觀了，不太需要通過共享緩存來進一步提高緩存命中率，所以我最後放棄了共享緩存這個想法。如果你對緩存命中率還是不滿意的話，可以考慮往這個方向嘗試一下。

總結

通過集成 CCache，我們的項目在 Xcode 裏面的打包（在菜單裏面選擇 Product -> Archive）時間從10分鐘減少到了3分鐘左右，大概有3倍的提升，成果喜人。集成的過程其實很簡單，我從開始嘗試到集成成功總共就花了兩個小時。如果你也被過長的編譯時間困擾，建議嘗試一下。

補充：比較笨重但方便高效的實施方法（硬盤空間夠多）

將項目拷貝幾份分別以分支名或功能命名，將幾個項目文件夾都導入到Tower或sourcetree中，在每個文件下切換分支，一個文件夾下固定只有1個分支，每次切換分支，只切換文件夾即可，完全不受其他分支的影響。在實際開發中這個方法，雖然笨拙，但是也是相對來說，高效的方法。

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