iOS性能分析和优化工具Instruments

前言： 随着项目的扩大和功能的增多，代码没有经过严格的调试和优化，要么任性地卡顿运行，要么就低调地崩溃，最后导致用户用着不开心，开发者也比较烦恼。

为了突破这个这个关卡其实并不难，首先开发者只要在Xcode自带的监控调试工具 Instruments 上花点功夫就能够让代码顺畅运行。Instruments 提供了很多检测功能，重点介绍一下我常用的几大类：

Analyze—静态分析

Leaks—内存泄露（动态内存泄露检测）

Allocations：监测内存使用 / 分配情况

Time Profiler：检测分析代码的执行时间。

（一）第一波基本概念

1.1.内存空间的划分: 我们知道，一个进程占用的内存空间，包含5种不同的数据区：（1）BSS段：通常是存放未初始化的全局变量；（2）数据段：通常是存放已初始化的全局变量。（3）代码段：通常是存放程序执行代码。（4）堆：通常是用于存放进程运行中被动态分配的内存段 ， OC对象（所有继承自NSObject的对象）就存放在堆里。（5）栈：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等值。

栈内存是系统来管理的，因此我们常说的内存管理，指的是堆内存的管理，也就是所有OC对象的创建和销毁的管理。伴随着iOS5的到来，苹果推出了ARC（自动引用计数）技术，此模式下编译器会自动在合适的地方插入retain、release、autorelease语句，也就是说编译器会自动生成内存管理的代码，解放了广大程序猿的双手，也基本上避免了内存泄露问题，但是呢...

1.2.内存泄露： 百度百科给的定义是："内存泄漏也称作'存储渗漏'，用动态存储分配函数动态开辟的空间，在使用完毕后未释放，结果导致一直占据该内存单元。直到程序结束。（其实说白了就是该内存空间使用完毕之后未回收）即所谓内存泄漏"。在iOS应用中的内存泄露，原因一般有循环引用、错用Strong/copy等。

（二）第二波（ Instruments多功能检测）

2.1. Analyze—静态分析

顾名思义，静态分析不需要运行程序，就能检查到存在内存泄露的地方。

1. 使用方法：打开Xcode，command + shift + B；或者Xcode - Product - Analyze；

2. 常见的三种泄露情形：

（1）创建了一个对象，但是并没有使用。Xcode提示信息： Value Stored to 'number' is never read 。翻译一下：存储在'number'里的值从未被读取过。

（2）创建了一个（指针可变的）对象，且初始化了，但是初始化的值一直没读取过。Xcode提示信息： Value Stored to 'str' during its initialization is never read

（3）调用了让某个对象引用计数加1的函数，但没有调用相应让其引用计数减1的函数。Xcode提示信息： Potential leak of an object stored into 'subImageRef' 。 翻译一下：subImageRef对象的内存单元有潜在的泄露风险。

2.2： Leaks—内存泄露

Leaks是动态的内存泄露检查工具，需要一边运行程序，一边检测。

1.使用方法: 进入Xcode，command + control + i ；或者Xcode - Xcode - Open Developer Tool - Instruments; 或者Xcode - Product - Profile。选择Leaks。

一般用静态分析检查过的代码，内存泄露都比较少。测试了有3个项目能点的按钮都点了，能进的页面都进的，Leaks也没检测到泄露。

2.3. Allocations—内存分配

Allocations是检测程序运行过程中的内存分配情况的，也需要同时运行着程序。

1.打开方法：同上。

2.界面情况如下：

2.4：Time Profiler 主要作用：分析代码的执行时间，以便找出导致程序变慢的原因。

当点击Time Profiler应用程序开始运行后.就能获取到整个应用程序运行消耗时间分布和百分比.为了保证数据分析在统一使用场景真实行有如下点需要注意:

在开始进行应用程序性能分析前,请一定要使用真机，因为模拟器运行在Mac上，然而Mac上的CPU往往比iOS设备要快。相反，Mac上的GPU和iOS设备的完全不一样，模拟器不得已要在软件层面(CPU)模拟设备的GPU，这意味着GPU相关的操作在模拟器上运行的更慢，尤其是使用CAEAGLLayer来写一些OpenGL的代码时候. 这就导致模拟器性能数据和用户真机使用性能数据相去甚运.

另外在开始性能分析前，另外一件很重要的事情是，应用程序一定要运行在Distribution 而不是Debug模式下.

在发布环境打包的时候，编译器会引入一系列提高性能的优化，例如去掉调试符号或者移除并重新组织代码.另iOS引入一种Watch Dog[看门狗]机制.不同的场景下，“看门狗”会监测应用的性能。如果超出了该场景所规定的运行时间，“看门狗”就会强制终结这个应用的进程.开发者可以crashlog看到对应的日志.但Xcode在调试配置下会禁用Watch Dog.

如图所示

相关配置项如下

Separate by Thread: 每个线程应该分开考虑。只有这样你才能揪出那些大量占用CPU的"重"线程

Invert Call Tree: 从上倒下跟踪堆栈,这意味着你看到的表中的方法,将已从第0帧开始取样,这通常你是想要的,只有这样你才能看到CPU中话费时间最深的方法.也就是说FuncA{FunB{FunC}} 勾选此项后堆栈以C->B-A 把调用层级最深的C显示在最外面

Hide Missing Symbols: 如果dSYM无法找到你的app或者系统框架的话,那么表中看不到方法名只能看到十六进制的数值,如果勾线此项可以隐藏这些符号,便于简化数据

Hide System Libraries: 勾选此项你会显示你app的代码,这是非常有用的. 因为通常你只关心cpu花在自己代码上的时间不是系统上的

Show Obj-C Only: 只显示oc代码 ,如果你的程序是像OpenGl这样的程序,不要勾选侧向因为他有可能是C++的

Flatten Recursion: 递归函数, 每个堆栈跟踪一个条目

Top Functions: 一个函数花费的时间直接在该函数中的总和，以及在函数调用该函数所花费的时间的总时间。

因此，如果函数A调用B，那么A的时间报告在A花费的时间加上B.花费的时间,这非常有用，因为它可以让你每次下到调用堆栈时挑最大的时间数字，归零在你最耗时的方法。如上做了相关配置之后会显示如下图所示情形

（三）第三波（小结）

除了以上所描述常用instruments外，下面一些偶尔也会用到

Core Data：监测读取、缓存未命中、保存等操作，能直观显示是否保存次数远超实际需要。

Cocoa Layout：观察约束变化，找出布局代码的问题所在。 Network：跟踪 TCP / IP 和 UDP / IP 连接。

Automations：创建和编辑测试脚本来自动化 iOS 应用的用户界面测试。

最后instruments只是一组工具，帮助我们分析代码的工具，可能检查的出的内存问题和性能问题，肯定还是由代码造成的。问题的本质还是养成良好的代码习惯，才是根本的解决方法。

首先是避免出现静态分析里提到的三种常见内存泄露问题，测试的好几个项目里，都有出现类似的问题。在此有以下几点tips：

tip1：哪些情况会增加App的内存占用？（开发中未完成的项目）

(1) 创建对象，定义变量。

（2）调用一个函数或方法。

tip2：哪些情况会增加CPU的消耗？（bireme）

(1) 创建对象、调整对象属性、销毁对象。

（2）布局计算和Autolayout。

（ 3）文本的计算和渲染。

（ 4）图片的解码和绘制。 （用Time Profiler分析一下，可以更直观地感受到哪些操作比较耗时，使用方法同上。）

tip3：

做好cell等可复用对象的重用；可以只创建一次的对象，不要创建多次（比如页面的某个功能弹窗）； 用较少的对象和方法调用去实现功能；将耗时的操作放在子线程等可以对内存和性能做一些优化 。

作者：Jcs_jun

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來源：简书

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