iOS-UIKit性能优化-Core Animation

本文会结合Instrument分析影响性能的因素，提出优化方案并尽力解释背后的原理。

一、先通过工具排查性能问题

Command + I打开Instrument，本文主要用到的是Core Animation工具，或XCode->Open Developer Tool ->Instruments。

1. Color Blended Layers（混合过度绘制）

这个选项基于渲染程度对屏幕中的混合区域进行绿到红的高亮（也就是多个半透明图层的叠加）。
GPU会放弃绘制那些完全被其他图层遮挡的像素，但是要计算出一个图层是否被遮挡也是相当复杂并且会消耗CPU的资源，同样，合并不同图层的透明重叠元素消耗的资源也很大，所以，为了快速处理，一般不要使用透明图层:

1). 给View添加一个固定、不透明的颜色。
2). 设置opaque 属性为true

但是这对性能调优的帮助并不大，因为UIView的opaque 属性默认为true，也就是说，只要不是认为设置成透明，都不会出现图层混合。

具体使用过程中如下设置：

UIIimageView,不仅需要自身需要不是透明的，它的图片也不能含有alpha通道。

UILabel:
1.设置背景色
2.设置setMasksToBounds（ios8以后，UILabel的layer变成了_UILabelLayer，这个图层的边缘有一圈透明的边，超出了控件本身的size)。

UIbutton：（from ：Stack Overflow）
1.[button.titleLabel.layer setOpaque:YES];
2.[button.titleLabel.layer setBackgroundColor:[UIColor yellowColor].CGColor];

2. Color Offscreen- Rendered Yellow (离屏渲染)

这个上篇设置圆角的时候仔细讲过。

3. Color Copied Image (拷贝的图片)

判断图片是否包含不正确图片格式。GPU不支持的色彩格式的图片则会标记为绿色。
当我们打开JPEG格式的图片时，CPU会进行一系列运算，将JPEG图片解压成像素数据。如果GPU不支持这种数据格式，则CPU需要先进行格式转化。
苹果的GPU只解析32bit的颜色格式，每个像素有R、G、B和alpha四个值，每个值占用1字节，因此每个像素占用4字节的内存空间。每个颜色都是0~255，255转化为二进制为11111111。

4. Color Misaligned Images（未对齐图片）

它表示如果图片需要缩放则标记为黄色，如果没有像素对齐则标记为紫色。
没有正确对齐到像素边界的图片，即图片Size和imageView中的Size不匹配，会使图过程片缩放，而缩放会占用CPU。

5. Color Hits Green and Misses Red(光栅化缓存图层的命中情况)

这个选项主要是检测我们有无滥用或正确使用layer的shouldRasterize属性.成功被缓存的layer会标注为绿色,没有成功缓存的会标注为红色。
很多视图Layer由于Shadow、Mask和Gradient等原因渲染很高，因此UIKit提供了API用于缓存这些Layer,self.layer.shouldRasterize = true系统会将这些Layer缓存成Bitmap位图供渲染使用，如果失效时便丢弃这些Bitmap重新生成。图层Rasterization栅格化好处是对刷新率影响较小，坏处是删格化处理后的Bitmap缓存需要占用内存，而且当图层需要缩放时，要对删格化后的Bitmap做额外计算。使用这个选项后时，如果Rasterized的Layer失效，便会标注为红色，如果有效标注为绿色。
通过Instrument的调试发现，这里使用光栅化经常出现未命中缓存的情况，如果没有特殊需要则可以关闭光栅化，光栅化会导致离屏渲染。

6. Flash Updated Regions (重绘区域)

这个选项会对重绘的内容高亮成黄色,重绘就是指使用Core Graphics绘制，绘制会损耗一定的性能，因此重绘区域应该越小越好。

二、原理分析

ios_frame_drop.png

在 VSync 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 进行变换、合成、渲染。随后 GPU 会把渲染结果提交到帧缓冲区去，等待下一次 VSync 信号到来时显示到屏幕上。由于垂直同步的机制，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，而这时显示屏会保留之前的内容不变。这就是界面卡顿的原因。

从上面的图中可以看到，CPU 和 GPU 不论哪个阻碍了显示流程，都会造成掉帧现象。所以开发时，也需要分别对 CPU 和 GPU 压力进行评估和优化。

image

三、性能优化关键的点及流程有三个：

1.预排版

当我们获取到数据源的时候，我们需要对数据源进行计算处理，计算出UI绘制所需要的属性比如宽高、颜色等等，而且这些计算要异步去做，否则会卡住主线程，等这些数据源计算完成之后，再去处理绘制，但是如果数据源过大，计算的耗时还是在的，所以会有较长时间的等待时间，此时我们需要考虑加上等待的友好处理。

2.采用更轻量级的绘制

在绘制时，对于不需要响应触摸事件的控件，我们应该尽量避免创建UIView对象，取而代之的是使用更为轻量的CALayer，并且对于一个layer包含多个subLayer的情况时，我们可以通过图层预合成的方法，将多个subLayer合成渲染成一张图片，通过上述的处理，不仅能减少CPU在创建UIKit对象的消耗，还能减少GPU在合成和渲染上的消耗，内存的占用也会少很多。

3.异步绘制

使用异步绘制（待续。。）

4.GPU

避免离屏渲染、视图混合。

参考资料：
iOS 保持界面流畅的技巧
IM UI性能优化之异步绘制
工具的使用：
iOS 性能调优,成为一名合格iOS程序员必须掌握的技能
Instruments性能优化-Core Animation
UIKit性能调优实战讲解