iOS性能优化--内存优化(上)

导读

最近笔者所在公司的iOS App端在经历了几个版本的疯狂的业务迭代，几个主要模块例如首页、分类在最近的几次迭代中变得越来越重，最终在最近的新版本暴露出了性能问题。

1. AdHoc包中设置的内存报警最近经常被触发阀值
2. 线上的监控日志的性能相关的crash明显增加

由于不排除之后的版本这几个一级模块的业务会变的越来越重，也为了技术进阶，笔者开始着手于本次内存相关的deep learning和内存优化工作。

专题简述

关于内存优化，笔者希望从下面三个方面进行整理和论述
1、原理篇：OS&iOS的内存管理机制
2、调试篇：调试工具的使用(Allocations&VMTracker&Activity Monitor) 和 监控工具的实现原理、开发和部署线上监控
3、实战篇：实战优化App，减小内存峰值，消除内存泄漏和危险引用(野指针)

OS/iOS内存管理机制

笔者希望带着解决问题去思考和学习，关于内存管理机制的学习，笔者参考的是
2016年QQ浏览器的庄延军在SegmentFault的一次技术分享

问题引子
1、在桌面系统中很少会有应用会因为使用内存过多被Kill掉，为啥iOS会呢？
2、虚拟内存（VM）是什么？为啥有时它会超过物理总内存呢？虚拟内存过高会引起内存警告吗？
3、Allocations中的Dirty Size和Resident Size分别指的是什么？（Swapped Size）All Heap & Anonymous VM是什么？
4、iOS的内存管理机制是什么样的？他是基于什么原则来Kill掉进程的？
5、内存有分类吗？什么类型的内存可以回收？
6、App的优化，什么地方占用内存多，什么地方可以优化？如何避免内存峰值过高？

自己的拓展思考
1、mach-o 文件是我们开发的App的静态展开方式，当App在运行的时候被加载到进程中，mach-o文件内容怎么被加载到虚拟内存？VM又是怎么以什么样的构建的，是一种类类似于表的数据结构的承载吗？
2、cpu、寄存器、总线、内存的工作原理？

一、基本的概念和原理

• 虚拟内存机制（VM）

虚拟内存转换物理地址

二、iOS的内存管理

• iOS运行时程序进程的分布

  
  
  

  iOS程序进程内存(VM)分布

1. 进程加载器会把mach-o文件加载到内存中(VM)。（会有一部分需要执行VM映射到物理内存上or将代码、数据段全部加载到物理内存上呢？）
2. mach-o文件是有个头，里面记录了所有段的信息（VM偏移，VM地址，大小）, 进程加载器根据这些头各个段有些加载到物理内存中（代码段和数据段（全局静态区：初始化全局变量&static变量， BSS段：未初始化）），有的在可执行文件内只是个占位符，实际加载到虚拟内存的时候才会分配内存。
3. heap向高位地址扩散，stack向地位地址扩散，保证两者之间有足够的VM分配。

• iOS中的内存段分类

• iOS内存管理

  
  
  

  iOS内存管理

1. iOS采用了全功能的内存管理方式，有段式和页式
2. 上图显示的是我们需要管理的Dirty Memory的内存管理的原理
   • 在heap上创建的对象
   • decompressed imgaes，一是从闪存中加载到内存的Images：通过imageName:方法加载的Asserts内的图片文件(大)， 二是SDWebImage加载的网络图片在内存和磁盘中都持有一份缓存，为了性能在内存中持有了
   • caches
3. App层用Region对象来管理相应的VM
4. 在kernal层用VM Object对象来管理虚拟内存和真实物理内存的map

注意
在这里就可以回答引子里面提出的第一个问题：
在桌面系统中很少会有应用会因为使用内存过多被Kill掉，为啥iOS会呢？

• iOS系统中没有swap机制:(1)闪存的容量有限 (2)闪存的读写次数有限，频繁读写会会降低寿命

思考
代码是要加载到内存中的，iOS没有swap机制代码很大的app不是很占内存吗？
不是：代码段是Clean Memory，在闪存中有备份，在内存紧张的时候会被OS回收，后面再使用的话可以从闪存中重新构建。

• iOS低内存处理机制jetsam
  OS维护了一个优先级队列，从上往下，优先级递增

  
  
  

  iOS内存优先级序列

1. 当系统内存过低的时候，OS将会去广播低内存消息，通知大家释放内存，在时间阀值之后，将会按照队列优先级去依次kill进程
2. UIKit 提供了以下回调和通知去处理低内存

[UIApplicationDelegate applicationDidReceiveMemoryWarning:]
[UIViewController didReceiveMemoryWarning:]
/*可以处理单例中大内存对象，持有的大数据image和data的释放*/
UIApplicationDidReceiveMemoryWarningNotification
/*SDWebImage清除缓存，CacheManager清除缓存*/