iOS开发系列之性能优化

本篇主要记录一下我对界面优化、时间优化和耗电优化、安装包瘦身上的一些探索。我尽量按照自己的理解来进行描述，如有不当，欢迎指正。

一、界面优化

1、卡顿原理

要了解卡顿原理，需要对帧缓冲区、垂直同步、CPU 和 GPU 几个词进行一下了解，然后综合起来，就可以得到卡顿的答案。

1.1、帧缓冲区

听起来很高大上，其实就是用来存放每一帧画面数据的一个 “仓库”，一个仓库只存放一帧画面的数据，iOS 一直是双缓存，就是有两个仓库，存当前帧数据的叫 “正式仓库”，存下一帧数据的叫 “预备仓库”。

当正式仓库的数据被取走后，两者身份交换，原来的预备仓库转正为正式仓库，原来的正式仓库变成预备仓库。

1.2、垂直同步 (VSync)

就是一个“信号”，通知 APP 该开始准备往预备仓库里存放数据了，系统过一会就要来取，这个时间大概是 16.7 毫秒。

1.3、CPU (中央处理器)

主要的工作有：正式对象的创建和销毁、对象属性的调整、布局计算、文本的计算和排版、图片的格式转换和解码、图像的绘制。我们可以理解为负责包裹内部的处理工作，简称 “打包”。

1.4、GPU (图形处理器)

主要的工作有：将 CPU 计算好的内容进行变换、合成、渲染等处理，然后将渲染结果提交到帧缓冲区。我们可以理解为，对 CPU 给过来的包裹进行分类、排列等操作后，存放到仓库里去，简称 “入库”。

1.5、卡顿原理

当收到系统发过来的 VSync “信号”后，CPU 就开始对这一帧画面的数据进行 “打包”，然后交给 GPU 进行 “入库” 操作，存入到 “预备仓库” 中。

16.7 毫秒后，预备仓库转正，系统开始读取仓库里的数据，如果这个时候，仓库中的数据还没有准备好，那么系统就会大发雷霆，放弃读取仓库中的数据。

那么这个时候，因为系统的宁缺毋滥，导致了显示器上显示的还是上一帧画面，就造成了卡顿的效果。

2、优化

作为软件开发工程师的我们，既不能延长 16.7 毫秒的处理时间，也不能改变系统的脾气，那我们能做的就是尽量在这个时间内完成数据的准备。要么 “打包” 快一点，要么 “入库” 快一点，也就是针对 CPU 和 GPU 的工作进行优化，这就是性能优化的工作了。

2.1、CPU 工作之正式对象的创建和销毁

• UITableViewCell 和 UICollectionViewCell 的复用，可以减少 cell 的创建操作；

• 尽量使用轻量级的对象，可以减少对象的创建时间，比如在不需要事件处理的场景里，使用CALayer 比 UIView 会更加合适；

• 表情键盘使用 UICollectionViewCell 代替 UIButton，可以减少对象的创建操作；

• 对象不涉及UI操作，放到后台线程创建；

• 性能敏感的界面，storyborad 的资源消耗>代码创建；

• 推迟对象创建的时间，对象放到多个任务中，比如懒加载；

2.2、CPU 工作之对象属性的调整

• UIView 有一个 CALyer 的属性，UIView 负责事件的处理，CALyer 负责图层的绘制和显示。需要注意的是，CALyer本身是没有属性的，所以当改变 UIView 的显示相关的属性如 frame、bounds 和 transform 的时候，会消耗较多的资源，所以减少对这些属性的一些不必要修改，能减小 CPU 的压力；

2.3、CPU 工作之布局计算

• UITableViewCell 高度提前计算并存储，要用的时候直接读取；

• frame 计算好，减少不必要的修改；

• Autolayout 会比直接设置 frame 消耗更多的 CPU 资源；

2.4、CPU 工作之文本的计算和排版

• 普通文本可以在子线程用 [NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:] 来计算文本宽高，用 -[NSAttributedString drawWithRect:options:context:] 来绘制文本；

• CoreText 对象占用内存较少，当显示大量文本时，可以用 CoreText 对文本异步绘制；

2.5、CPU 工作之图片的格式转换和解码

• 在后台线程先把图片绘制到 CGBitmapContext 中，然后从 Bitmap 直接创建图片；

2.6、CPU 工作之图像的绘制

• UITableViewCell 滑动减速的时候才加载图片，可以参考这个demo；

• 加载图片时，imageNamed 方法默认加载图片成功后会内存中缓存图片，下次读取会很快；imageWithContentsOfFile 方法不会缓存图片，大图片可以使用该方法；

2.7、GPU 工作之渲染

• 尽量不要让图片和视图的大小超过 GPU 纹理尺寸上限：4096 × 4096，不然图片还需要经过 CPU 的处理；

• 尽量减少视图数量和层次，并设置视图为不透明，UIView 的不透明属性 (opaque) 默认为 YES，一般设置背景颜色即可；CALayer 的不透明属性 (opaque) 默认为 NO，需要设置为 YES；

• CALayer 的 border、圆角、阴影、遮罩，通常会触发离屏渲染，尽量少用，圆角属性可以使用 CoreGraphics 绘制或使用圆角图片代替，关于离屏渲染的知识，具体可以参考这篇文章：iOS 图形性能优化;

• 图片的 size 最好刚好跟 UIImageView 的 size 保持一致，这涉及到像素对齐的知识，也可以在上面这篇文章中详细了解；

二、时间优化

要谈论时间优化，就要先了解程序启动的过程和耗时的原因，然后针对性的进行优化。

1、程序启动过程

程序的启动分为冷启动和热启动两种模式，其中冷启动是从程序被杀死后加载起来的过程，热启动是从后台到前台的过程。相比之下，热启动是包含在冷启动里，并且比冷启动少了部分加载过程的，所以，我们平常说的启动优化，一般都是针对冷启动的。

从点击程序的图标，到首页渲染完成显示到用户眼前，主要有三个阶段。

1.1、阶段一：main 函数之前

该阶段主要进行动态链接库 (dylib) 和自身 App 可执行文件的加载。

其中动态链接库包括：iOS 中用到的所有系统 framework，加载 OC runtime 方法的 libobjc，系统级别的 libSystem，例如 libdispatch(GCD) 和 libsystem_blocks (Block)。

1.2、阶段二：main 函数到首页加载之前

该阶段主要执行 main 函数到 applicationWillFinishLaunching 方法结束。

1.3、阶段三：首页开始加载到渲染完成

该阶段主要执行首页界面 viewDidLoad 方法和 UITabBarController 第一个子控制器 viewWillAppear 里的代码。

2、耗时产生原因

2.1、阶段一里可能产生耗时的有：

• 加载大量动态链接库；

• 注册大量 Objc 类 、初始化类对象 (Objc 的 +load 方法)；

• 加载大量分类里的方法；

• 加载大量 C++ 静态对象；

• 执行大量声明为 attribute((constructor)) 的C函数。

2.2、阶段二里可能产生耗时的有：

• 在 applicationWillFinishLaunching 执行了 UITabBarController 以及 子控制器的创建，并在 viewDidLoad 方法里执行了大量的耗时操作；

• 大量第三方应用的配置和启动项的累积；

2.3、阶段三里可能产生耗时的有：

• 在 UITabBarController 第一个子控制器的 viewWillAppear 方法里执行了大量的耗时操作；

3、启动时间优化

3.1、针对阶段一的优化：

• 减少非系统库的依赖、合并非系统库，苹果最多支持6个非系统的动态库合并为一个；

• 定期清理项目里不使用的类和方法，检测工具可以使用AppCode，关于AppCode的使用请参考这篇文章: AppCode使用介绍；

• 将不必须在 +load 方法中做的事情延迟到 +initialize 中，关于二者的区别可以参考这篇文章；

• 减少分类和分类里方法的数量；

• 尽量不要用 C++ 虚函数；

• 删减一些无用的静态变量。

3.2、针对阶段二的优化：

• 对启动项和第三方应用配置根据优先级区分，部分不需要在程序启动就初始化的配置，进行延后处理；

• 减少在 viewDidLoad 里的耗时处理；

3.3、针对阶段三的优化：

• UITabBarController 第一个子控制器里的一些耗时操作可以放到 viewDidAppear 方法中，先把界面加载出来，然后再拿到数据刷新界面；

• 增加广告页，在这个时间内准备好首屏页面和数据；

4、耗时检测工具

• Xcode自带的 Time Profiler，具体操作可以参考这篇文章；

• 查询main函数之前的耗时：菜单：Product->Scheme->Edit Scheme->Environment Variables，设置：key:DYLD_PRINT_STATISTICS ，value:1。

三、耗电优化

要研究耗电优化，就要先明白耗电产生的原因，然后针对性的做出一些优化。根据耗电的原因和可优化类型，可以分为 CPU 和 GPU 操作优化、网络优化、定位优化、动作传感器优化和蓝牙优化五大类。

1、CPU 和 GPU 操作优化

CPU 和 GPU 消耗是所有开发者绕不开的难关，良好的开发习惯，能让我们减少很多能耗，这里可以将前面介绍的界面优化结合起来，除此之外，有几个地方可以进行优化：

• 少用定时器，每次用的时候都仔细思考下：首先，能不能用其他方式代替，比如定时刷新数据改为触发式刷新，还有dispatch source代替定时器监测文件变化；如果不能代替，那么注意的是要设置一个合适的超时时间，以及在不再需要时及时关闭重复性定时器。

• 文件的读写操作很耗电，我们要尽量减小读写操作的频率，思路有：
  小数据和小改动最好批量一次性写入；使用 SQLite 或 Core Data 存储大量的数据；

2、网络优化

• 使用断点续传，否则网络不稳定时可能多次传输相同的内容

• 减少、压缩网络数据

• 让用户可以取消长时间运行或者速度很慢的网络操作，设置合适的超时时间

• 网络不可用时，不要尝试执行网络请求

• 批量传输，比如，下载视频流时，不要传输很小的数据包，直接下载整个文件或者一大块一大块地下载。如果下载广告，一 次性多下载一些，然后再慢慢展示。如果下载电子邮件，一次下载多封，不要一封一封地下载

3、定位优化

• 很多 APP 为了记录用户的活动或者提供基于位置的服务会进行定位。定位精度越高，定位时间越长，消耗电量也就越多。所以 APP 应该尽量降低定位精度、缩短定位时间。不需要位置信息之后立即停止定位。

• 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

3、动作传感器优化

• 用户移动、摇晃、倾斜设备时，会产生动作(motion)事件，这些事件由加速度计、陀螺仪、磁力计等硬件检测。在不需要检测的场合，应该及时关闭这些硬件

• 长时间用不上加速度计、陀螺仪、磁力计等设备的动作数据时，应该停止更新数据，不然也会浪费电能。应按需获取，用完即停。

4、蓝牙优化

• 没有必要的时候不要扫描蓝牙外设。

• 扫描外设时一般不要用 CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey。

• 只查找你需要的外设服务。外设可能提供很多服务和特性(characteristic)，查找外设的时候可以指定 UUID。

• 不要轮询设备特性值，用通知监测特征值的变化。

• 特性值不再提供通知或者不再需要通信的时候就断开连接。

5、耗电检测

• 在Xcode中选择View > Navigators > Show Debug Navigator，这里提供了很多仪表用于分析功耗。Energy impact可以查看正在运行的app的功耗

• 启动 Instruments，选择你的设备和要检测的 APP，打开 Energy Log 进行检测

• 设备上进入设置 > 开发者 > Logging > 开启功耗记录。注意：如果手机里没有开发者选项请看这里

四、安装包瘦身

安装包的大小受资源文件和可执行文件影响，所以针对性的优化也是这两方面。

1、资源文件优化

• 在项目中引入图片时候，直接在 Assets.xcassets 中添加就可以，这样能使用到 App Slicing 功能，这样当用户从 App Store上下载 App 时，可以只下载适用于其设备的 App 架构版本和所需资源，从而减少App所占的空间，且现在基本没有 1x 屏幕的设备了，所以可以不用提供这个分辨率的图片。

• 使用 LSUnusedResources 查找无用图片

• 使用 TinyPNG有 损压缩图片

• 启动图片一般较大，可以用 LaunchScreen.storyboard 替换

• 音频文件、视频文件和 H5 远端化

2、可执行文件优化

• 清理无用代码--AppCode，用它的 inspect code 来扫描无用代码，包括无用的类、函数、宏定义、value、属性等

• 去掉异常支持，Enable C++ Exceptions、Enable Objective-C Exceptions 设置为 NO， Other C Flags 添加 -fno-exceptions

• 在 release 状态下，Strip Debug Symbols During Copy、Strip Linked Product、Make String Read-Only、Dead Code Stripping、Deployment PostProcessing、Symbols hidden by default 设为Y ES，Optimization Level 设置为 Fastest、Smallest

• OC项目中使用 Swift，会增加安装包大小，因为 FrameWork 中会加入为了支持 Swift 的动态库集合，如果纯 Swift 项目，不会引入这些东西。

• 删除不使用的三方库，功能用的少但是体积大的三方库可以考虑自己重写，合并功能重复的三方库

最后郑重声明，本篇里只是记录一下我的个人总结，资料大量参考了以下文章:
iOS 保持界面流畅的技巧
今日头条iOS客户端启动速度优化;
iOS App 启动性能优化;
iOS App冷启动治理：来自美团外卖的实践;
iOS app启动速度研究实践;
iOS进阶--App功耗优化看这篇就够了；
iOS的性能优化；
iOS安装包瘦身小记；
iOS App 安装包瘦身指南

欢迎大家来我的小窝做客啊，里面记录下了我进步的点点滴滴，一切逆境只是前进的理由，与君共勉。