卡顿原因分析：

1.屏幕显示图像的原理：

CPU:负责对象的创建和销毁、对象属性的调整、布局计算、文本的计算和排版、图片的格式转换和解码、图像的绘制（Core Graphics）
GPU: 负责纹理的渲染(将数据渲染到屏幕)）
CPU 和 GPU 的协作:

由上图可知，要在屏幕上显示视图，需要CPU和GPU一起协作，CPU计算好显示的内容提交到GPU，GPU渲染完成后将结果放到帧缓存区，随后视频控制器会按照 VSync 信号逐行读取帧缓冲区的数据，经过可能的数模转换传递给显示器显示。
垂直同步技术: 让CPU和GPU在收到vSync信号后再开始准备数据，防止撕裂感和跳帧，通俗来讲就是保证每秒输出的帧数不高于屏幕显示的帧数。
双缓冲技术： iOS是双缓冲机制，前帧缓存和后帧缓存,CPU计算完GPU渲染后放入缓冲区中,当GPU下一帧已经渲染完放入缓冲区，且视频控制器已经读完前帧，GPU会等待vSync(垂直同步信号)信号发出后,瞬间切换前后帧缓存，并让CPU开始准备下一帧数据
安卓4.0后采用三重缓冲，多了一个后帧缓冲，可降低连续丢帧的可能性，但会占用更多的CPU和GPU
屏幕显示图像的原理： 图像的显示可以简单理解成先经过CPU的计算/排版/编解码等操作，然后交由GPU去完成渲染放入缓冲中，当视频控制器接受到vSync时会从缓冲中读取已经渲染完成的帧并显示到屏幕上。

iOS手机默认刷新率是60hz，所以GPU渲染只要达到60fps就不会产生卡顿。
以60fps为例，vSync会每16.67ms发出，如在16.67ms内没有准备好下一帧数据就会使画面停留在上一帧，产生卡顿，例如图中第3帧渲染完成之前一直显示的是第2帧的内容。

2.图片加载流程

假设我们使用 +imageWithContentsOfFile: 方法从磁盘中加载一张图片，这个时候的图片并没有解压缩；
然后将生成的 UIImage 赋值给 UIImageView
接着一个隐式的 CATransaction 捕获到了 UIImageView 图层树的变化
在主线程的下一个 runloop 到来时，Core Animation 提交了这个隐式的 transaction ，这个过程可能会对图片进行 copy 操作，而受图片是否字节对齐等因素的影响，这个 copy 操作可能会涉及以下部分或全部步骤：
(1).分配内存缓冲区用于管理文件 IO 和解压缩操作
(2). 将文件数据从磁盘读到内存中；
(3).将压缩的图片数据解码成未压缩的位图形式，这是一个非常耗时的 CPU 操作；
(4). 最后 Core Animation 中CALayer使用未压缩的位图数据渲染 UIImageView 的图层。
(5). CPU计算好图片的Frame,对图片解压之后.就会交给GPU来做图片渲染
渲染流程:
(1).GPU获取获取图片的坐标
(2).将坐标交给顶点着色器(顶点计算)
(3).将图片光栅化(获取图片对应屏幕上的像素点)
(4). 片元着色器计算(计算每个像素点的最终显示的颜色值)
(5).从帧缓存区中渲染到屏幕上

为什么要解压缩图片：

既然图片的解压缩需要消耗大量的 CPU 时间，那么我们为什么还要对图片进行解压缩呢？是否可以不经过解压缩，而直接将图片显示到屏幕上呢？答案是否定的。要想弄明白这个问题，我们首先需要知道什么是位图
其实，位图就是一个像素数组，数组中的每个像素就代表着图片中的一个点。我们在应用中经常用到的 JPEG 和 PNG 图片就是位图。
不管是 JPEG 还是 PNG 图片，都是一种压缩的位图图形格式。只不过 PNG 图片是无损压缩，并且支持 alpha 通道，而 JPEG 图片则是有损压缩，可以指定 0-100% 的压缩比。
所以在将磁盘中的图片渲染到屏幕之前，必须先要得到图片的原始像素数据，才能执行后续的绘制操作，这就是为什么需要对图片解压缩的原因。

3. 卡顿原因：

上面讲解了图片显示的原理和屏幕渲染的原理，造成卡顿的原因有很多，最主要的原因是因为发生了掉帧。
由上面屏幕显示的原理，采用了垂直同步机制的手机设备。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。
在开发中，CPU和GPU中任何一个压力过大，都会导致掉帧现象，所以在开发时，也需要分别对CPU和GPU压力进行评估和优化。

卡顿监控：

主线程卡顿监控。通过子线程监测主线程的runLoop，判断两个状态区域之间的耗时是否达到一定阈值。
FPS监控。要保持流畅的UI交互，App 刷新率应该当努力保持在 60fps。FPS的监控实现原理，上面已经探讨过这里略过。

1.RunLoop监测卡顿

loop的状态

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {

    kCFRunLoopEntry , // 进入 loop

    kCFRunLoopBeforeTimers , // 触发 Timer 回调

    kCFRunLoopBeforeSources , // 触发 Source0 回调

    kCFRunLoopBeforeWaiting , // 等待 mach_port 消息

    kCFRunLoopAfterWaiting ), // 接收 mach_port 消息

    kCFRunLoopExit , // 退出 loop

    kCFRunLoopAllActivities  // loop 所有状态改变

}

NSRunLoop调用方法主要就是在kCFRunLoopBeforeSources和kCFRunLoopBeforeWaiting之间,还有kCFRunLoopAfterWaiting之后,也就是如果我们发现这两个时间内耗时太长,那么就可以判定出此时主线程卡顿。

实现思路：只需要另外再开启一个线程,实时计算这两个状态区域之间的耗时是否到达某个阀值,便能揪出这些性能杀手。

阀值设定：假定连续5次超时50ms认为卡顿(当然也包含了单次超时250ms)

2.FPS && CADisplayLink

CADisplayLink是CoreAnimation提供的另一个类似于NSTimer的类，它总是在屏幕完成一次更新之前启动，它的接口设计的和NSTimer很类似，所以它实际上就是一个内置实现的替代，但是和timeInterval以秒为单位不同，CADisplayLink有一个整型的frameInterval属性，指定了间隔多少帧之后才执行。默认值是1，意味着每次屏幕更新之前都会执行一次。但是如果动画的代码执行起来超过了六十分之一秒，你可以指定frameInterval为2，就是说动画每隔一帧执行一次（一秒钟30帧）。使用CADisplayLink监控界面的FPS值.

卡顿优化：

1.CPU优化：

尽量用轻量级的对象，比如用不到事件处理的地方使用CALayer取代UIView
尽量提前计算好布局（例如cell行高）
不要频繁地调用和调整UIView的相关属性，比如frame、bounds、transform等属性，尽量减少不必要的调用和修改(UIView的显示属性实际都是CALayer的映射，而CALayer本身是没有这些属性的，都是初次调用属性时通过resolveInstanceMethod添加并创建Dictionary保存的，耗费资源)
Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源，当视图数量增长时会呈指数级增长.
图片的size最好刚好跟UIImageView的size保持一致，减少图片显示时的处理计算
控制一下线程的最大并发数量
尽量把耗时的操作放到子线程
文本处理（尺寸计算、绘制、CoreText和YYText）:
(1). 计算文本宽高boundingRectWithSize:options:context: 和文本绘制drawWithRect:options:context:放在子线程操作
(2). 使用CoreText自定义文本空间，在对象创建过程中可以缓存宽高等信息，避免像UILabel/UITextView需要多次计算(调整和绘制都要计算一次)，且CoreText直接使用了CoreGraphics占用内存小，效率高。（YYText）
图片处理（解码、绘制）
图片都需要先解码成bitmap才能渲染到UI上，iOS创建UIImage，不会立刻进行解码，只有等到显示前才会在主线程进行解码，固可以使用Core Graphics中的CGBitmapContextCreate相关操作提前在子线程中进行强制解压缩获得位图.
TableViewCell 复用: 在cellForRowAtIndexPath:回调的时候只创建实例，快速返回cell，不绑定数据。在willDisplayCell: forRowAtIndexPath:的时候绑定数据（赋值）
高度缓存: 在tableView滑动时，会不断调用heightForRowAtIndexPath:，当 cell 高度需要自适应时，每次回调都要计算高度，会导致 UI 卡顿。为了避免重复无意义的计算，需要缓存高度。
视图层级优化: 不要动态创建视图,在内存可控的前提下，缓存subview。善用hidden。
减少视图层级: 减少subviews个数，用layer绘制元素. 少用 clearColor，maskToBounds，阴影效果等。
减少多余的绘制操作.
图片优化：
（1）不要用JPEG的图片，应当使用PNG图片。
（2）子线程预解码（Decode），主线程直接渲染。因为当image没有Decode，直接赋值给imageView会进行一个Decode操作。
（3）优化图片大小，尽量不要动态缩放(contentMode)。
（4）尽可能将多张图片合成为一张进行显示。
减少透明 view：使用透明view会引起blending，在iOS的图形处理中，blending主要指的是混合像素颜色的计算。最直观的例子就是，我们把两个图层叠加在一起，如果第一个图层的透明的，则最终像素的颜色计算需要将第二个图层也考虑进来。这一过程即为Blending。
理性使用-drawRect:
当你使用UIImageView在加载一个视图的时候，这个视图虽然依然有CALayer，但是却没有申请到一个后备的存储，取而代之的是使用一个使用屏幕外渲染，将CGImageRef作为内容，并用渲染服务将图片数据绘制到帧的缓冲区，就是显示到屏幕上，当我们滚动视图的时候，这个视图将会重新加载，浪费性能。所以对于使用-drawRect:方法，更倾向于使用CALayer来绘制图层。因为使用CALayer的-drawInContext:，Core Animation将会为这个图层申请一个后备存储，用来保存那些方法绘制进来的位图。那些方法内的代码将会运行在 CPU上，结果将会被上传到GPU。这样做的性能更为好些。
静态界面建议使用-drawRect:的方式，动态页面不建议。
按需加载:
局部刷新，刷新一个cell就能解决的，坚决不刷新整个 section 或者整个tableView，刷新最小单元元素。
利用runloop提高滑动流畅性，在滑动停止的时候再加载内容，像那种一闪而过的（快速滑动），就没有必要加载，可以使用默认的占位符填充内容。
RunLoop优化tableview加载多图：如果要从网络加载高清大图到UITableViewCell上，而且每个Cell上面加载多张图片，当cell数量过多的时候，我们需要保持流畅度和加载速度。

1,因为这里用到了Runloop循环,那么我们可以监听到runloop的每次循环，
在每一次循环当中我们考虑去进行一次图片下载和布局。
2,既然要在每次循环执行一次任务，
我们可以先把所有图片加载的任务代码块添加到一个数组当中，
每次循环取出第一个任务进行执行。*
3,因为runloop在闲置的时候会自动休眠，
所以我们要想办法让runloop始终处于循环中的状态。

2.GPU 优化

尽量避免短时间内大量图片的显示，尽可能将多张图片合成一张进行显示
GPU能处理的最大纹理尺寸是4096x4096，一旦超过这个尺寸，就会占用CPU资源进行处理，所以纹理尽量不要超过这个尺寸
GPU会将多个视图混合在一起再去显示，混合的过程会消耗CPU资源，尽量减少视图数量和层次
减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES，GPU就不会去进行alpha的通道合成
尽量避免出现离屏渲染.
合理使用光栅化 shouldRasterize: 光栅化是把GPU的操作转到CPU上，生成位图缓存，直接读取复用。 CALayer会被光栅化为bitmap，shadows、cornerRadius等效果会被缓存。更新已经光栅化的layer，会造成离屏渲染。 bitmap超过100ms没有使用就会移除。受系统限制，缓存的大小为 2.5X Screen Size。 shouldRasterize 适合静态页面显示，动态页面会增加开销。如果设置了shouldRasterize为 YES，那也要记住设置rasterizationScale为contentsScale。
异步渲染.在子线程绘制，主线程渲染。例如 VVeboTableViewDemo
什么是离屏渲染？
在OpenGL中，GPU有2种渲染方式
On-Screen Rendering：当前屏幕渲染，在当前用于显示的屏幕缓冲区进行渲染操作
Off-Screen Rendering：离屏渲染，在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作
离屏渲染消耗性能的原因
需要创建新的缓冲区
离屏渲染的整个过程，需要多次切换上下文环境，先是从当前屏幕（On-Screen）切换到离屏（Off-Screen）；等到离屏渲染结束以后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上，又需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕
什么操作会导致离屏渲染？
1.光栅化，layer.shouldRasterize = YES
2.遮罩，layer.mask
3.圆角，同时设置layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0. 考虑通过CoreGraphics绘制裁剪圆角，或者叫美工提供圆角图片
4.阴影，layer.shadowXXX，如果设置了layer.shadowPath就不会产生离屏渲染.
5.layer.allowsGroupOpacity为YES，layer.opacity的值小于1.0

参考：IOS面试考察(九)：性能优化相关问题

iOS 卡顿优化