Instruments 之 Time Profiler 使用

当 APP 开发到了一定的阶段，性能优化这个话题就会被提起，性能优化的途径有很多，不过通常都会使用到 Apple 官方提供的 Instruments 工具。这个博客我就利用 raywenderlich 的一个代码案例 Catstagram 来介绍 Time Profiler 这个 Instrument 的使用（详见参考部分）。

性能优化的常用步骤

在对 APP 进行性能优化的过程中，我们肯定是会针对一些 APP 存在的问题来针对性优化的，比如 APP 启动速度慢，大数据量列表滑动卡顿，列表图片加载过程卡顿 。第一步决定了要优化的点之后。第二步就是使用 Instruments 来分析 APP 了 ，值得注意的是 Instruments 并不能帮我们完成优化，只是帮助我们分析 APP 运行过程的各种性能参数。第三步就是根据 Instruments 分析结果做对应的假设，假设是我们的某段代码导致了性能问题。第四步就是修改导致性能问题的某段代码。修改完之后呢？当然是要验证修改的效果了，所以第五步是验证修改效果，若是达不到效果，那么就从第一步继续重新开始。在这个过程中最好使用性能最差最烂的设备，不要使用性能太好或者性能一般的设备来测试。

raywenderlich Instruments workflow

Time Profiler 界面介绍

快捷键 command + I 打开 Instruments 界面，选择 Time Profiler 模板

Instruments 界面

每个 Instrument 的界面轮廓都是相似的，都是分为 Toolbar , Timeline pane , Detail pane , Inspector pane 这个模块。

Instrument的界面轮廓

Toolbar 各部分的名称

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Timeline pane , Detail pane , Inspector pane 这几个模块的内容和使用的 Instrument 关系比较大，下图是使用 Time Profiler 的各模块细节。对于 Time Profiler 来说，它的 Timeline pane 默认展示的是 CPU 的使用，Detail pane 默认展示的是 APP 中各个线程的方法调用，Inspector pane 展示的是被选中的 Symbol 的详细信息 。

Time Profiler 使用过程图

对于界面的详细介绍可以参考 Apple 的官方文档 https://developer.apple.com/library/content/documentation/DeveloperTools/Conceptual/InstrumentsUserGuide/index.html#//apple_ref/doc/uid/TP40004652-CH3-SW1 ，该文档对Instruments 各个工具界面以及基本使用方法做了详细介绍。

Time Profiler 使用

下图是 APP 的一个截图，该 APP 是一个图片列表。

APP 截图

第一步判断问题可能出现在哪里，因为 APP 是一个图片列表，所以优化的时候优先考虑图片加载和显示方面的问题。

第二步使用 Instruments 来分析 APP。
运行 Time Profiler Instrument 并对 APP 做了运行情况录制之后，按住鼠标左键并拖动，截取 CPU 使用率较高的一段运行时间进行分析。

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第三步根据 Instruments 分析结果做对应的假设。
运行时间的截取确定后，可以在 Detail pane 查看运行过程中的一些 APP 细节,也可以从 Inspector pane 查看更详细的运行信息 ，从下面的截图中可以看出一些异常状况。

1. 从 Detail pane 中可以看出主线程占用了 67.8% 的 CPU 时间
2. 从 Detail pane 中可以看出主线程的工作基本都是在图片处理操作
3. 从 Inspector pane 可以看出图片的解码操作是在主线程完成

从上面的分析结果中，可以提出一个假设，那就是 Cell 的图片加载方法存在问题。

详细信息

第四步修改代码
由于是演示 Time Profiler 的使用，所以这里只是简单过一下代码。
找到设置图片的代码位置，该代码是在主线程给一个 UIImageView 对象设置 UIImage 对象，图片的解码操作是在主线程中进行的。

需要优化的代码

代码改进后是这样的，创建一个自定义 View 叫做 AsyncImageView,在这个View里面封装了图片的解码操作，这个解码操作在非主线程执行。

改进后的代码

第五步代码修改完成之后，接下来就是需要验证修改是否起作用了。继续使用 Instruments 的 Time Profiler 工具验证。老样子，还是运行 Time Profiler Instrument 并对 APP 做了运行情况录制之后，截取了 CPU 使用率较高的一段运行时间进行分析。可以发现以下情况

1. 从 Detail pane 中可以看出主线程占用了 20.3% 的 CPU 时间
2. 从 Detail pane 中可以看出非主线程占据了较大的 CPU 时间
3. 从 Inspector pane 可以看出图片处理操作发生在非主线程

主线程占用 CPU 时间少

图片处理操作发生在非主线程

总结

从结果可以看出，优化的点是对的，代码改动是生效的。为了让界面滑动更顺畅，我们通常会将部分工作从主线程转移到非主线程来，以保证主线程不卡顿。Time Profiler 这个 instrument 帮助分析 APP 的运行情况，通过分析这个 instrument 的结果，我们可以做出优化决策，然后实现这个决策并验证，最终实现我们的需求。

参考

这篇文章是我看了 raywenderlich 的 Practical Instruments 课程产生的一个笔记，主要是介绍 Time Profiler 这个 instrument 的使用思路，代码案例均来自于这个课程，感谢 raywenderlich 这个超级棒的平台。随着 Xcode 版本的更新，instruments 也是在不断的发生变化，但是整个 instruments 的使用思路是不变的，关于新增的变化可以参考 Apple 的官方 instruments 文档，里面也有很多关于 instruments 的使用细节

1. raywenderlich 的 Practical Instruments 课程 https://videos.raywenderlich.com/courses/74-practical-instruments/lessons/3

2. Apple 的官方 instruments 文档https://developer.apple.com/library/content/documentation/DeveloperTools/Conceptual/InstrumentsUserGuide/index.html#//apple_ref/doc/uid/TP40004652-CH3-SW1

3. demo https://files.betamax.raywenderlich.com/attachments/videos/785/a5dcec4a-da6d-428a-9874-ddb3b561e870.zip

4. 图片处理技巧
   https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2014/419/