iOS 界面优化

卡顿原因

计算机通过CPU、GPU、显示器三者协同工作将试图显示到屏幕上

• 1、CPU将需要显示的内容计算出来，提交到GPU
• 2、GPU将内容渲染完成后将渲染后的内容存放到FrameBuffer（帧缓冲区）
• 3、视频控制器根据VSync（垂直同步）信号来读取FrameBuffer中的数据
• 4、将转换的数模传递给显示器显示

过程

iOS设备中采用双缓存区+VSync

在收到VSync信号后，系统的图形服务通过CADisplayLink等机制通知App，在主程序中调度CPU计算显示的内容，随后将计算好的内容提交到GPU变换、合成、渲染，GPU将渲染结果提交帧缓冲区，等待下一个VSync信号到来时显示到屏幕上。由于垂直同步机制的原因，如果再一个VSync时间内，CPU或者GPU没有完成内容的处理，就会导致当前处理的帧丢弃，此时屏幕会保持上一帧的显示，造成掉帧

掉帧

卡顿检测

• FPS监控：因为iOS设备屏幕的刷新时间是60次/秒，一次刷新就是一次VSync信号，时间间隔是1000ms/60 = 16.67ms，所有如果咋16.67ms内下一帧数据没有准备好，就会产生掉帧
• RunLoop监控：通过子线程检测主线程的RunLoop的状态，kCFRunLoopBeforeSources和kCFRunLoopAfterWaiting两个状态之间的耗时是否达到一定的阈值

FPS监控

参照YYKit中的YYFPSLabel，其中通过CADisplayLink来实现，通过刷新次数/时间差得到刷新频率

class YPFPSLabel: UILabel {

    fileprivate var link: CADisplayLink = {
        let link = CADisplayLink.init()
        return link
    }()
    
    fileprivate var count: Int = 0
    fileprivate var lastTime: TimeInterval = 0.0
    fileprivate var fpsColor: UIColor = {
        return UIColor.green
    }()
    fileprivate var fps: Double = 0.0
    
    override init(frame: CGRect) {
        var f = frame
        if f.size == CGSize.zero {
            f.size = CGSize(width: 80.0, height: 22.0)
        }
        
        super.init(frame: f)
        
        self.textColor = UIColor.white
        self.textAlignment = .center
        self.font = UIFont.init(name: "Menlo", size: 12)
        self.backgroundColor = UIColor.lightGray
        //通过虚拟类
        link = CADisplayLink.init(target: CJLWeakProxy(target:self), selector: #selector(tick(_:)))
        link.add(to: RunLoop.current, forMode: RunLoop.Mode.common)
    }
    
    required init?(coder: NSCoder) {
        fatalError("init(coder:) has not been implemented")
    }
    
    deinit {
        link.invalidate()
    }
    
    @objc func tick(_ link: CADisplayLink){
        guard lastTime != 0 else {
            lastTime = link.timestamp
            return
        }
        
        count += 1
        //时间差
        let detla = link.timestamp - lastTime
        guard detla >= 1.0 else {
            return
        }
        
        lastTime = link.timestamp
        //刷新次数 / 时间差 = 刷新频次
        fps = Double(count) / detla
        let fpsText = "\(String.init(format: "%.2f", fps)) FPS"
        count = 0
        
        let attrMStr = NSMutableAttributedString(attributedString: NSAttributedString(string: fpsText))
        if fps > 55.0 {
            //流畅
            fpsColor = UIColor.green
        }else if (fps >= 50.0 && fps <= 55.0){
            //一般
            fpsColor = UIColor.yellow
        }else{
            //卡顿
            fpsColor = UIColor.red
        }
        
        attrMStr.setAttributes([NSAttributedString.Key.foregroundColor: fpsColor], range: NSMakeRange(0, attrMStr.length - 3))
        attrMStr.setAttributes([NSAttributedString.Key.foregroundColor: UIColor.white], range: NSMakeRange(attrMStr.length - 3, 3))
        
        DispatchQueue.main.async {
            self.attributedText = attrMStr
        }
    }

}

RunLoop监控

参考 微信的matrix，滴滴的DoraemonKit

开辟子线程，通过监听主线程的kCFRunLoopBeforeSources和kCFRunLoopAfterWaiting两个Activity之间的差值

#import "YPBlockMonitor.h"

@interface YPBlockMonitor (){
    CFRunLoopActivity activity;
}

@property (nonatomic, strong) dispatch_semaphore_t semaphore;
@property (nonatomic, assign) NSUInteger timeoutCount;

@end

@implementation YPBlockMonitor

+ (instancetype)sharedInstance {
    static id instance = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        instance = [[self alloc] init];
    });
    return instance;
}

- (void)start{
    [self registerObserver];
    [self startMonitor];
}

static void CallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    LGBlockMonitor *monitor = (__bridge LGBlockMonitor *)info;
    monitor->activity = activity;
    // 发送信号
    dispatch_semaphore_t semaphore = monitor->_semaphore;
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}

- (void)registerObserver{
    CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
    //NSIntegerMax : 优先级最小
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,
                                                            kCFRunLoopAllActivities,
                                                            YES,
                                                            NSIntegerMax,
                                                            &CallBack,
                                                            &context);
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
}

- (void)startMonitor{
    // 创建信号
    _semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    // 在子线程监控时长
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        while (YES)
        {
            // 超时时间是 1 秒，没有等到信号量，st 就不等于 0， RunLoop 所有的任务
            long st = dispatch_semaphore_wait(self->_semaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 1 * NSEC_PER_SEC));
            if (st != 0)
            {
                if (self->activity == kCFRunLoopBeforeSources || self->activity == kCFRunLoopAfterWaiting)
                {
                    if (++self->_timeoutCount < 2){
                        NSLog(@"timeoutCount==%lu",(unsigned long)self->_timeoutCount);
                        continue;
                    }
                    // 一秒左右的衡量尺度 很大可能性连续来 避免大规模打印!
                    NSLog(@"检测到超过两次连续卡顿");
                }
            }
            self->_timeoutCount = 0;
        }
    });
}

@end

界面优化

UIView和CALayer的关系

• UIView是基于UIKit框架，继承自UIResponder，可以处理事件，管理子视图
• CALayer是基于CoreAnimation的，继承自NSObject，只负责显示，不能处理事件
• UIKit组件最终都会分解为layer，存储到图层树中
• UIView中的部分属性，frame、bounds、transform等，来自CALayer的映射
• CALayer内部没有属性，在调用属性时，内部通过运行时resolveInstanceMethod方法为对象临时添加一个方法，并将对应属性值保存到内部的Dictionary，同时通知delegate、创建动画等

CPU层面的优化

• 1、对于不需要触摸的控件使用CALayer代替UIView

• 2、减少UIView和CALayer的属性修改

• 3、大量对象释放时，移动到后台线程释放

• 4、预排版：在异步子线程中提前计算好视图的大小

• 5、Autolayout在简单页面情况下们可以很好的提升开发效率，但是对于复杂视图而言，会产生严重的性能问题，随着视图数量的增长，Autolayout带来的CPU消耗是呈指数上升的。所以尽量使用代码布局

• 6、文本处理

  • 对于文本没有特殊要求的，可以使用UILabel内部实现方法，放在子线程中执行
    • 计算文本宽高：[NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:]
    • 文本绘制：[NSAttributedString drawWithRect:options:context:]
  • 使用自定义文本控件，通过TextKit或者CoreText进行异步文本绘制。CoreText对象创建后，可以直接获取文本宽高等信息。CoreText直接使用了CoreGraphics占用内存小，效率高

• 7、图片优化
  在使用UIImage或者CGImageSource方法创建图片时，图片数据不会立即解码，而是在设置到UIImageView/CALayer.contents中，然后由CALayer提交到GPU渲染前才在主线程进行解码，可以参考SDWebImage中对图片的处理，在子线程中先将图片绘制到CGBitmapContext，然后从Bitmap直接创建图片

  • 使用PNG图片，而非JPGE图片
  • 在子线程中解码，主线程渲染，即通过Bitmap创建图片，在子线程赋值image
  • 优化图片大小，避免动态缩放
  • 多图合成一张图片显示

• 8、避免使用透明View，会导致GPU在计算像素时，会将下层图层的像素也计算进来，颜色混合处理

• 9、按需加载：例如通过RunLoop分发任务，ScrollView滚动时不加载

• 10、少使用addView 给cell动态添加view

GPU层面优化

GPU主要是接收CPU提交的纹理+顶点，经过一系列transform，最终混合并渲染，输出到屏幕上
1、避免短时间显示大量图片，可以将多张图片合成一张
2、控制图片尺寸不超过4096x4096，因为图片超过这个尺寸，CPU会先进行预处理再提交给GPU
3、减少视图层级和数量
4、避免离屏渲染
5、异步渲染，例如可以将cell中的所有控件、视图合成一张位图进行显示，参考Graver