核心编程探索(8)-界面优化

一、视图加载

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• iOS 界面渲染流程分析

Advanced Graphics and Animations for iOS Apps.jpeg

我们可以看到，在Application这一层中主要是CPU在操作，而到了Render Server这一层，CoreAnimation会将具体操作转换成发送给GPU的draw calls（以前是call OpenGL ES，现在慢慢转到了Metal），显然CPU和GPU双方同处于一个流水线中，协作完成整个渲染工作。

整个渲染分为三个步骤

• 1、CPU 阶段

1. 布局（Frame）
2. 显示（Core Graphics）
3. 准备（QuartzCore/Core Animation）
4. 通过 IPC 提交(打包好的图层树以及动画属性)

• 2、OpenGL ES(Metal) 阶段

1. 生成(Generate)
2. 绑定(Bind)
3. 缓存数据(Buffer Data)
4. 启用(Enable)
5. 设置指针(Set Pointers)
6. 绘图(Draw)
7. 清除(Delete)

• 3、GPU 阶段

1. 接收提交的纹理（Texture）和顶点描述（三角形）
2. 应用变换（transform）
3. 合并渲染（离屏渲染等）

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二、 帧率与丢帧

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三、 卡顿原理

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四、 卡顿检测&优化

• 质量监控-卡顿检测

1. 检测方法

• 主线程相关

1. fps :我们可以根据CADisplayLink刷新的时间间隔，以及刷新的频率来判断是否有卡顿

// fps 监控
- (void)startFpsMonitoring {
    CADisplayLink * fpsDisplay = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(displayFps:)];
    [fpsDisplay addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
}
- (void)displayFps: (CADisplayLink *)fpsDisplay {
    static NSInteger count; // 没刷新一次 计数加一
    static double    lastUpadateTime; // 最后的统计时间
    
    count++;
    CFAbsoluteTime threshold = CFAbsoluteTimeGetCurrent() - lastUpadateTime; // 一个周期用了多少时间
    
    if (threshold >= 1.0) { //
        NSLog(@"一个周期内刷新了%f下，每%f毫秒刷新一下",(count / threshold),fpsDisplay.duration); // 一个周期内 刷新了多少下
        lastUpadateTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        count = 0;
    }
}

2020-07-22 10:40:04.997406+0800 PHTemplate[18396:2917339] [Storyboard] Unknown class ViewController in Interface Builder file.
2020-07-22 10:40:05.034140+0800 PHTemplate[18396:2917339] 375.000000
2020-07-22 10:40:05.042258+0800 PHTemplate[18396:2917339] 一个周期内刷新了0.000000下，每0.016667毫秒刷新一下
2020-07-22 10:40:05.053648+0800 PHTemplate[18396:2917339] Unbalanced calls to begin/end appearance transitions for .
2020-07-22 10:40:06.053587+0800 PHTemplate[18396:2917339] 一个周期内刷新了60.328246下，每0.016667毫秒刷新一下
2020-07-22 10:40:07.054198+0800 PHTemplate[18396:2917339] 一个周期内刷新了59.977028下，每0.016667毫秒刷新一下
2020-07-22 10:40:08.070924+0800 PHTemplate[18396:2917339] 一个周期内刷新了60.011309下，每0.016667毫秒刷新一下

2. ping : 是一种常用的网络测试工具，用来测试数据包是否能到达ip地址。在卡顿发生的时候，主线程会出现短时间内无响应这一表现，基于ping的思路从子线程尝试通信主线程来获取主线程的卡顿延时：

// 子线程与主线程通讯
- (void)ping {

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        while (![NSThread currentThread].isCancelled) {
            dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), ^{
                static  CFAbsoluteTime pingTime;
                NSLog(@"%f",CFAbsoluteTimeGetCurrent()-pingTime);
                pingTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
            });
        };
    });
}

3. runloop

- (void)startRunLoopMonitoring {
    CFRunLoopObserverRef observer = CFRunLoopObserverCreateWithHandler(CFAllocatorGetDefault(), kCFRunLoopAllActivities, YES, 0, ^(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity) {
        if (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - _lastActivityTime >= _threshold) {
            ......
            _lastActivityTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
        }
    });
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
}

• 非主线程

4. stack backtrace

代码质量不够好的方法可能会在一段时间内持续占用CPU的资源，换句话说在一段时间内，调用栈总是停留在执行某个地址指令的状态。由于函数调用会发生入栈行为，如果比对两次调用栈的符号信息，前者是后者的符号子集时，可以认为出现了卡顿恶鬼：

@interface StackBacktrace : NSThread
......
@end

@implementation StackBacktrace

- (void)main {
    [self backtraceStack];
}

- (void)backtraceStack {
    while (!self.cancelled) {
        @autoreleasepool {
            NSSet *curSymbols = [NSSet setWithArray: [StackBacktrace backtraceMainThread]];
            if ([_saveSymbols isSubsetOfSet: curSymbols]) {
                ......
            }
            _saveSymbols = curSymbols;
            [NSThread sleepForTimeInterval: _interval];
        }
    }
}

@end

5. msgSend observe

OC方法的调用最终转换成msgSend的调用执行，通过在函数前后插入自定义的函数调用，维护一个函数栈结构可以获取每一个OC方法的调用耗时，以此进行性能分析与优化：

#define save() \
__asm volatile ( \
    "stp x8, x9, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x6, x7, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x4, x5, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x2, x3, [sp, #-16]!\n" \
    "stp x0, x1, [sp, #-16]!\n");

#define resume() \
__asm volatile ( \
    "ldp x0, x1, [sp], #16\n" \
    "ldp x2, x3, [sp], #16\n" \
    "ldp x4, x5, [sp], #16\n" \
    "ldp x6, x7, [sp], #16\n" \
    "ldp x8, x9, [sp], #16\n" );
    
#define call(b, value) \
    __asm volatile ("stp x8, x9, [sp, #-16]!\n"); \
    __asm volatile ("mov x12, %0\n" :: "r"(value)); \
    __asm volatile ("ldp x8, x9, [sp], #16\n"); \
    __asm volatile (#b " x12\n");


__attribute__((__naked__)) static void hook_Objc_msgSend() {

    save()
    __asm volatile ("mov x2, lr\n");
    __asm volatile ("mov x3, x4\n");
    
    call(blr, &push_msgSend)
    resume()
    call(blr, orig_objc_msgSend)
    
    save()
    call(blr, &pop_msgSend)
    
    __asm volatile ("mov lr, x0\n");
    resume()
    __asm volatile ("ret\n");
}

2. 卡顿的解决方法

• iOS开发-常用解决页面卡顿技巧

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五、ASDK分析(AsyncDisplayKit)：已经换库Texture

• ASDK源码剖析

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六、离屏渲染

离屏渲染的主要原因就是，多了一些渲染完成后又要修改的情况
关于iOS离屏渲染的深入研究