教你开发省电的 iOS app（WWDC17 观后）

前言

这次的 WWDC17 又放出了许多干货来帮助开发者更好地开发 app。精彩的内容特别多，本篇主要关注的是《Writing Energy Efficient Apps》 中所介绍的一些关于如何让 app 节省电量的内容。

正文

以下是本次演讲的主要内容。先讲一下本次演讲的概述。

概述

• Why（为什么要关注 app 用电情况）
• What（一些概念）
• How （ 代码层面的一些建议、利用工具的性能检测）

Why

为什么我们要关注自己开发的 app 所消耗的电量？先放个图。

如图，用户可以在 设置-电量 查看过去24小时及七天，自己 app 耗电情况排行榜。如果你的 app 不幸在列表中名列前茅，然而如果这个 app 并不像 微信那样会被重度使用时，那挑剔的用户就会认定这是一个极其耗电的 app， 然后极有可能删除这个 app 。显然，我们作为开发者是不希望碰到这种窘境的。因此， 我们非常需要关注自己 app 的电量能耗情况是否合理，以此提升用户体验，避免 app 被删除的厄运。

What

• 一些概念（还是上图解释）
  
  

  `x 轴`为时间，`y 轴`为电量消耗的坐标图
  
  Idle 状态说明 app 处于休眠状态，几乎不使用电量。Active 状态说明 app 处于前台工作状态，用电量比较高，我们可以看到图中的第二个 Active 的耗电远高于第一个，这主要因为 app 实际所做的工作类型不同而导致的。Overhead 指的是调起硬件来支持 app 功能所消耗的电量（原文是 bring hardware up）。note：如果你的 app 就算只做了一点点事，Overhead 所带来的电量消耗都是一点不会减少的！
  图中，横线以下所包区域是固定开销（Fixed Cost），横线以上区域是动态开销（Dynamic cost）。
• 耗电的四大天王
  
  
  1. CPU 处理（Processing）
  2. 网络（Networking）
  3. 定位（Location）
  4. 图像（Graphics）
• 节省电量的四个基本原则
  1. Identify 想清楚你需要 app 在特定时刻需要完成哪些工作，如果是不必要的工作，考虑延后执行或者省去。
  2. Optimize 优化 app 的功能实现，尽可能以更有效率的方式去完成功能。
  3. Coalesce 意为合并。
  4. Reduce 减少做重复工作的频率。

How

• Networking（网络）
  演讲者举了一个社交 app 的例子，这个 app 具有 MainFeed（类似刷新出微博的信息流）、上传照片、上传用户分析统计数据3个功能。

  1. MainFeed
     原先的做法：创建了一个定时器，定时去重新加载刷新数据。这样就会导致 app 会不断重复刷新内容。
     
     

     改进前
     
     改进：1. 去除定时器，只在产生用户交互响应（例如下拉刷新、点击按钮等）、收到新消息时去重新加载数据。2. 使用 NSURLSession 的 WaitsForConnectivity 属性，查了一下 API（Causes tasks to wait for network connectivity to become available, rather than immediately failing with an error，让任务等待到有网络再执行，而不是立刻报错）3. 使用缓存（避免重复请求获取相同的内容）
     
     

     改进后
  2. 上传照片
     原本的做法：当用户上传照片后，立刻向服务器发送照片，一旦上传失败，就不断重试上传。
     
     

     超时时间长，长时间处于高能耗状态
     
     改进：1. 减少重试次数 2. 设定合理的超时时间 3. 批量上传照片（当累计了一定数量的照片后，一起上传） 4. 使用 Background Session（仅当重试次数达到上限）。
     
     

     超时时间短了，能耗降低
  3. 上传用户分析数据
     强推使用 NSURLSession Background Session，它的好处有自动重试、全程监控，全新的属性包括了Start time、Workload size，帮助 app 知道工作的最佳时机（Indicate system the best time to do your work）。
  4. 小结：1. 保证没有重复的工作 2. 使用 background session 3. 使用批处理 4. 减少重试次数

• Location（定位）
  介绍了一大堆定位 API，包括了 Continuous location、Quick location update、Region monitoring、Visit monitoring、Significant location change 。
  其中 Continuous location 保证了定位功能的持续性，防止设备休眠。因为我的现有开发比较少接触到定位方面的功能，对于不太 API 熟，因此不多讲述。有兴趣的童鞋可以看一下这两个 API CLLocationManager、CLLocation 。
  小结：1. 清楚 app 需要的定位精确度（适合你的需求就好） 2. 使用其它来替代 Continuous location（因为这个比较耗电） 3. 不需要使用定位时，就停止 4. 延后定位更新

• Graphics（图像处理）
  两条建议：1. 保证在 UI 真的需要有变化时，进行屏幕更新（Minimize screen updates Ensure screen updates provide needed changes） 2. 避免blur （Review blur usage Avoid placing blurs over updating elements）
  关于 MacOS 简单提了下尽量少使用独立显卡，只在动画性能吃紧、或者其独有功能时才去使用它。

• CPU

  1. 明确 app 要完成的任务（Identify tasks）
  2. 更高效地完成任务（Do work quickly and efficiently）
  3. 不要使用定时器（Avoid timers）
  4. 给一点余地（如果必须要设置一个定时器，设置比较长的间隔时间）

• Background Processing（后台处理）

  1. 快速完成任务 （Finish work quickly）
  2. 使用后台 app 刷新 API （Use background app refresh）
  3. 调用 completion handler（Call completion handler）PushKit API 现在有 completion handler了，处理完推送后会调用的！前后对比图，让 app 更快进入空闲状态。
     
     

     使用 completion handler 之前
     
     
     

     使用 completion handler 之后

• Debug 工具使用介绍
  照例先强调了 tools 的重要性。正如文章开头所讲，用电量大的 app 容易被用户删除...所以我们必须用好这个工具。

  1. 调试界面组成部分
     连接 Xocde 调试，选择 debug 选项。
     
     
     
     可以看到如下界面
     
     
     
     可以查看你的 app 在设备的 CPU、内存、电量使用、硬盘、网络的使用情况。点击 Energy Impact 查看电量情况。
     
     
     
     接下来专注右边的区域
     
     
     
     先看左上角
     
     
     
     如图，指针所指向的半圆环分为三部分，代表的是 app 的总体上的平均消耗电量评级，low（绿色区域）、high （黄色区域）、very high（红色区域）。通过这张图，我们可以大致了解 app 电量的使用情况。理想的状态是 app 处于 low、high 状态。但是通常情况下，如果我们进行过优化，app 会处于 high、甚至very high 状态。我们需要更深入地知道究竟哪一部分的功能导致耗电量大涨。继续往下看。
     
     
     
     这张饼图能让我们快速了解各耗电部分的占比。里面包含了前文提到的耗电的几个部分，包括CPU、网络、定位、GPU、Overhead。
     接下来看中间部分（note Xcode 9 更新）
     
     

     x 轴为时间，y 轴为用电量的坐标图
     
     柱状图中，其中每根柱子代表了每秒钟的耗电情况。每根柱子都由不同颜色的矩形块堆叠而成。依次是 Overhead（红色）、CPU（蓝色）、网络（深黄）、定位（淡黄）、GPU（绿色）、后台（深灰）、前台（淡灰）、Suspend（白色）。
     
     
     
     如上图所示的最右侧，可以看到各部分的用电情况占比。这意味着可以一边操作 app，一边查看设备的各部分耗电情况。举个例子，当你期望你的 app 只需要有 CPU、网络方面的功能，运行起来之后却发现有一部分的电量是因为定位功能而损耗的！这显然是你所不希望的。你肯定想去看看究竟是什么坑爹的原因造成了定位的耗电。怎么查呢？再往下看。
     
     
     
     
     
     
     如果你觉得 CPU、网络、定位这几个方面耗电情况让你不满意的话，点击Time Profiler、Network Profiler、Location Profiler这三个按钮的其中之一，Xcode 会帮你断开调试连接，并启动 Instruments 来分析 app 性能。
     比如点击 Time Profiler，可以帮助查看你的方法耗时情况，从中找出最耗时的方法，然后优化。
     
     
  2. 使用场景
     
     
  3. 启动
  4. 空闲
  5. 后台
  6. 特殊：如导航类 app 的话，可以对其中的导航相关功能进行检测。直播类 app，对直播间进行检测。

最后的总结（Final Thoughts）

• 1 使用 NSURLSession Background Session （处理后台工作）
• 2 尽量减少使用 continuous location（因为持续定位太耗电！）
• 3 避免使用定时器
• 4 合并 （一起重复的工作一起执行，减轻负担）
• 5 使用 energy gauges（即Xcode 的内置 tools）

小尾巴

希望这篇文章能帮助到那些对通过优化 app 节省设备电量相关知识还不太了解的同学。如果你对这方面感兴趣的话，赶紧安装 Xcode 9 ，动起手来！因为其中一些调试功能只在 Xcode 9 中有所体现。第一次如此码这么多字，可能在表达方面存在缺陷，如果有看不懂或其它不尽如人意的地方，敬请告知，谢谢！