iOS 性能优化篇

转自iOS 性能优化篇

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 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 的主要结构包括运算器，控制单元、寄存器、高速缓存器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。

渲染原理.jpg

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区（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

image.png

卡顿产生原因

image.png

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。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
• 不要频繁的调用 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
• 尽量减少视图熟练和层次
• 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 种渲染模式
  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，有需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕
• 那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 绘制剪裁圆角，或者美工提供圆角图片
  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

• 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 startMonitoringSingificantLocationChange，优先考虑 startMonitoringForRegion:

APP 启动优化

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 主动，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

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

后面会分享自己的优化过程

• Follow: github.com/sallenhando…
• Source: slimsallen.com/#/detail/io…