iOS性能优化

好的app应该有好的性能流畅度，本篇文章就大概讲一下iOS性能优化。

先来谈谈CPU和GPU

• 在屏幕成像的过程中，CPU和GPU起着至关重要的作用

• CPU( Central Processing Unit, 中央处理器)就是机器的“大脑”，也是布局谋略、发号施令、控制行动的“总司令官”。

• CPU的结构主要包括运算器（ALU, Arithmetic and Logic Unit）、控制单元（CU, Control Unit）、寄存器（Register）、高速缓存器（Cache）和它们之间通 讯的数据、控制及状态的总线。

• GPU全称为Graphics Processing Unit，中文为图形处理器，就如它的名字一样，GPU最初是用在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上运行绘图运算工作的微处理器。

• 为什么GPU特别擅长处理图像数据呢？这是因为图像上的每一个像素点都有被处理的需要，而且每个像素点处理的过程和方式都十分相似，也就成了GPU的天然温床。

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  在iOS中是双缓冲机制，有前帧缓存、后帧缓存，即GPU会预先渲染好一帧放入一个缓冲区内（前帧缓存），让视频控制器读取，当下一帧渲染好后，GPU会直接把视频控制器的指针指向第二个缓冲器（后帧缓存）。当你视频控制器已经读完一帧，准备读下一帧的时候，GPU会等待显示器的VSync信号发出后，前帧缓存和后帧缓存会瞬间切换，后帧缓存会变成新的前帧缓存，同时旧的前帧缓存会变成新的后帧缓存。

屏幕成像原理

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卡顿产生的原因

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在Sync信号到来后，系统图形服务会通过CADisplayLink等机制通知App，App主线程开始在CPU中计算显示内容，比如视图的创建，布局计算，图片解码，文本绘制等。随后CPU会将计算好的内容提交到GPU去，由GPU进行交换，合成，渲染。随后GPU会把渲染结果提交到帧缓冲区，等待下一次VSync信号（垂直同步信号）到来时显示到屏幕上。由于垂直同步机制，如果在一个VSync时间内，CPU或者GPU没有完成内容提交，则那一帧就会被丢弃，等待下一次机会再显示，而这时显示屏因为没有新的刷新，会保留之前的内容不变。这就造成了卡顿。

• 按照60FPS的刷帧率，每隔16ms就会有一次VSync信号

卡顿优化 -CPU

• 尽量用轻量级的对象，比如用不到事件处理的地方，可以考虑使用CALayer取代UIView
• 不要频繁地调用UIView的相关属性，比如frame、bounds、transform等属性，尽量减少不必要的修改
• 尽量提前计算好布局，在有需要时一次性调整对应的属性，不要多次修改属性
• Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源
• 图片的size最好刚好跟UIImageView的size保持一致
• 控制一下线程的最大并发数量
• 尽量把耗时的操作放到子线程

卡顿优化 -GPU

• 尽量避免短时间内大量图片的显示，尽可能将多张图片合成一张进行显示
• 尽量减少视图数量和层次
• 减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES
• 尽量避免出现离屏渲染

离屏渲染

• 在OpenGL中，GPU有2种渲染方式
  1.On-Screen Rendering：当前屏幕渲染，在当前用于显示的屏幕缓冲区进行渲染操作
  2.Off-Screen Rendering：离屏渲染，在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作
• 离屏渲染消耗性能的原因
  1.需要创建新的缓冲区
  2.离屏渲染的整个过程，需要多次切换上下文环境，先是从当前屏幕（On-Screen）切换到离屏（Off-Screen）；等到离屏渲染结束以后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上，又需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕
• 哪些操作会触发离屏渲染？
  1.光栅化，layer.shouldRasterize = YES
  2.遮罩，layer.mask
  3.圆角，同时设置layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0
  考虑通过CoreGraphics绘制裁剪圆角，或者叫美工提供圆角图片
  4.阴影，layer.shadowXXX
  如果设置了layer.shadowPath就不会产生离屏渲染

耗电优化

耗电的主要来源？

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• CPU处理，Processing
• 网络，Networking
• 定位，Location
• 图像，Graphics

1. 定位优化

• 如果只是需要快速确定用户位置，最好用CLLocationManager的requestLocation方法。定位完成后，会自动让定位硬件断电
• 如果不是导航应用，尽量不要实时更新位置，定位完毕就关掉定位服务
• 尽量降低定位精度，比如尽量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest
• 需要后台定位时，尽量设置pausesLocationUpdatesAutomatically为YES，如果用户不太可能移动的时候系统会自动暂停位置更新
• 尽量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges，优先考虑startMonitoringForRegion:

APP启动优化

先来看app启动流程

APP的启动可以分为2种

1、冷启动（Cold Launch）：从零开始启动APP
2、热启动（Warm Launch）：APP已经在内存中，在后台存活着，再次点击图标启动APP

APP启动时间的优化，主要是针对冷启动进行优化

• 通过添加环境变量可以打印出APP的启动时间分析（Edit scheme -> Run -> Arguments）
  1、DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1
  2、如果需要更详细的信息，那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

APP的冷启动概括为三大阶段

• dyld，Apple的动态链接器，可以用来装载Mach-O文件（可执行文件、动态库等）
  启动APP时，dyld所做的事情有
  1.装载APP的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库
  2.当dyld把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知Runtime进行下一步的处理

• runtime
启动APP时，runtime所做的事情有
  1.调用map_images进行可执行文件内容的解析和处理
  2.在load_images中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的+load方法
  3.进行各种objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象等等）
  4.调用C++静态初始化器和attribute((constructor))修饰的函数
  到此为止，可执行文件和动态库中所有的符号(Class，Protocol，Selector，IMP，…)都已经按格式成功加载到内存中，被runtime 所管理

• main
  1.APP的启动由dyld主导，将可执行文件加载到内存，顺便加载所有依赖的动态库
  2.并由runtime负责加载成objc定义的结构
  3.所有初始化工作结束后，dyld就会调用main函数
  4.接下来就是UIApplicationMain函数，AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

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优化方案

一、dyld

• 减少动态库、合并一些动态库（定期清理不必要的动态库）
• 减少Objc类、分类的数量、减少Selector数量（定期清理不必要的类、分类）
• 减少C++虚函数数量
• Swift尽量使用struct

二、runtime

用+initialize方法和dispatch_once取代所有的attribute((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load

三、main

• 在不影响用户体验的前提下，尽可能将一些操作延迟，不要全部都放在finishLaunching方法中
• 按需加载

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作者：有度YouDo
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