iOS性能优化

1、CPU和GPU

在屏幕成像的过程中，CPU和GPU起着至关重要的作用

• CPU（Central Processing Unit，中央处理器）
  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（Graphics Processing Unit，图形处理器）
  纹理的渲染
  在iOS中是双缓冲机制，有前帧缓存、后帧缓存

  
  
  CPU和GPU渲染过程图

2、屏幕成像原理

image.png

3、卡顿产生的原因

信号同步

如上图所示，CPU计算耗时为红色部分，GPU为蓝色部分，当cpu计算结束时由GPU来渲染，如第一个所示，渲染结束时，垂直同步信号到来，渲染一帧画面到屏幕上，第二个区间，耗时比较短，在等待VSync信号到来在渲染，第三个区间，GPU耗时比较长，等到VSync信号到达时尚未渲染结束，此时还是展示的上一帧画面，一直等到下一次vsync信号到达时在渲染，这就造成了卡顿。

卡顿解决的主要思路:

• 尽可能减少CPU、GPU资源消耗
• 按照60FPS的刷帧率，每隔16ms就会有一次VSync信号

4. CPU 优化：

1. 尽量用轻量级的对象，比如用不到事件处理的地方，可以考虑使用CALayer取代UIView
2. 不要频繁地调用UIView的相关属性，比如frame、bounds、transform等属性，尽量减少不必要的修改
3. 尽量提前计算好布局，在有需要时一次性调整对应的属性，不要多次修改属性
4. Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源
5. 图片的size最好刚好跟UIImageView的size保持一致
6. 控制一下线程的最大并发数量
7. 尽量把耗时的操作放到子线程
   文本处理（尺寸计算、绘制）

 // 文字计算
    [@"text" boundingRectWithSize:CGSizeMake(100, MAXFLOAT) options:NSStringDrawingUsesLineFragmentOrigin attributes:nil context:nil];
    
    // 文字绘制
    [@"text" drawWithRect:CGRectMake(0, 0, 100, 100) options:NSStringDrawingUsesLineFragmentOrigin attributes:nil context:nil];

图片处理（解码、绘制）

- (void)image
{
    UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc] init];
    imageView.frame = CGRectMake(100, 100, 100, 56);
    [self.view addSubview:imageView];
    self.imageView = imageView;

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        // 获取CGImage
        CGImageRef cgImage = [UIImage imageNamed:@"timg"].CGImage;

        // alphaInfo
        CGImageAlphaInfo alphaInfo = CGImageGetAlphaInfo(cgImage) & kCGBitmapAlphaInfoMask;
        BOOL hasAlpha = NO;
        if (alphaInfo == kCGImageAlphaPremultipliedLast ||
            alphaInfo == kCGImageAlphaPremultipliedFirst ||
            alphaInfo == kCGImageAlphaLast ||
            alphaInfo == kCGImageAlphaFirst) {
            hasAlpha = YES;
        }

        // bitmapInfo
        CGBitmapInfo bitmapInfo = kCGBitmapByteOrder32Host;
        bitmapInfo |= hasAlpha ? kCGImageAlphaPremultipliedFirst : kCGImageAlphaNoneSkipFirst;

        // size
        size_t width = CGImageGetWidth(cgImage);
        size_t height = CGImageGetHeight(cgImage);

        // context
        CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(NULL, width, height, 8, 0, CGColorSpaceCreateDeviceRGB(), bitmapInfo);

        // draw
        CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, width, height), cgImage);

        // get CGImage
        cgImage = CGBitmapContextCreateImage(context);

        // into UIImage
        UIImage *newImage = [UIImage imageWithCGImage:cgImage];

        // release
        CGContextRelease(context);
        CGImageRelease(cgImage);

        // back to the main thread
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.imageView.image = newImage;
        });
    });
}

5. GPU 优化：

1 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
2 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
3 尽量减少视图数量和层次
4 减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES
5 尽量避免出现离屏渲染

6. 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

哪些操作会触发离屏渲染？
光栅化，layer.shouldRasterize = YES
遮罩，layer.mask
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
阴影，layer.shadowXXX
如果设置了layer.shadowPath就不会产生离屏渲染

7. 卡顿检测

平时所说的“卡顿”主要是因为在主线程执行了比较耗时的操作
可以添加Observer到主线程RunLoop中，通过监听RunLoop状态切换的耗时，以达到监控卡顿的目的

runloop检测卡顿代码

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8 耗电优化

耗电来源

CPU处理，Processing
网络，Networking
定位，Location
图像，Graphics

优化方法

• 尽可能降低CPU、GPU功耗
• 少用定时器
• 优化I/O操作

尽量不要频繁写入小数据，最好批量一次性写入
读写大量重要数据时，考虑用dispatch_io，其提供了基于GCD的异步操作文件I/O的API。用dispatch_io系统会优化磁盘访问
数据量比较大的，建议使用数据库（比如SQLite、CoreData）

• 网络优化

减少、压缩网络数据
如果多次请求的结果是相同的，尽量使用缓存
使用断点续传，否则网络不稳定时可能多次传输相同的内容
网络不可用时，不要尝试执行网络请求
让用户可以取消长时间运行或者速度很慢的网络操作，设置合适的超时时间
批量传输，比如，下载视频流时，不要传输很小的数据包，直接下载整个文件或者一大块一大块地下载。如果下载广告，一次性多下载一些，然后再慢慢展示。如果下载电子邮件，一次下载多封，不要一封一封地下载

• 定位优化
  如果只是需要快速确定用户位置，最好用CLLocationManager的requestLocation方法。定位完成后，会自动让定位硬件断电
  如果不是导航应用，尽量不要实时更新位置，定位完毕就关掉定位服务
  尽量降低定位精度，比如尽量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest
  需要后台定位时，尽量设置pausesLocationUpdatesAutomatically为YES，如果用户不太可能移动的时候系统会自动暂停位置更新
  尽量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges，优先考虑startMonitoringForRegion:

• 硬件检测优化

用户移动、摇晃、倾斜设备时，会产生动作(motion)事件，这些事件由加速度计、陀螺仪、磁力计等硬件检测。在不需要检测的场合，应该及时关闭这些硬件

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9 App的启动优化

APP的启动可以分为2种

冷启动（Cold Launch）：从零开始启动APP
热启动（Warm Launch）：APP已经在内存中，在后台存活着，再次点击图标启动APP

• APP启动时间的优化，主要是针对冷启动进行优化
• 通过添加环境变量可以打印出APP的启动时间分析（Edit scheme -> Run -> Arguments）
  DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1
  如果需要更详细的信息，那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

APP的冷启动可以概括为3大阶段

dyld
runtime
main

另一种分类法：
main函数执行前（dyld和runtime阶段）
main函数执行后
首屏渲染完成后

启动过程

• APP的启动 - dyld

dyld（dynamic link editor），Apple的动态链接器，可以用来装载Mach-O文件（可执行文件、动态库等）

启动APP时，dyld所做的事情有
装载APP的可执行文件（app的.o文件的集合）；
加载所有依赖的动态库，进行rebase指针调整和bind符号绑定；
当dyld把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知Runtime进行下一步的处理

• APP的启动 - runtime

启动APP时，runtime所做的事情有
1.Objc 运行时的初始处理，包括 Objc 相关类的注册、category 注册、selector 唯一性检查等；
2.初始化，包括了执行 +load() 方法、attribute((constructor)) 修饰的函数的调用、创建 C++ 静态全局变量。
到此为止，可执行文件和动态库中所有的符号(Class，Protocol，Selector，IMP，…)都已经按格式成功加载到内存中，被runtime 所管理

• APP的启动 - main

总结一下
APP的启动由dyld主导，将可执行文件加载到内存，顺便加载所有依赖的动态库
并由runtime负责加载成objc定义的结构
所有初始化工作结束后，dyld就会调用main函数
接下来就是UIApplicationMain函数，AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

APP的启动优化

按照不同的阶段
dyld
减少动态库、合并一些动态库（定期清理不必要的动态库）
减少Objc类、分类的数量、减少Selector数量（定期清理不必要的类、分类）
减少C++虚函数数量，控制 C++ 全局变量的数量。
Swift尽量使用struct

runtime
用+initialize方法和dispatch_once取代所有的attribute((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load
+load() 方法里的内容可以放到首屏渲染完成后再执行

main()函数执行后

• main() 函数执行后的阶段，指的是从 main() 函数执行开始，到 appDelegate 的 didFinishLaunchingWithOptions 方法里首屏渲染相关方法执行完成。

首屏初始化所需配置文件的读写操作；
首屏列表大数据的读取；
首屏渲染的大量计算等。

开发者会把各种初始化工作都放到这个阶段执行，导致渲染完成滞后。更加优化的开发方式，应该是从功能上梳理出哪些是首屏渲染必要的初始化功能，哪些是 App 启动必要的初始化功能，而哪些是只需要在对应功能开始使用时才需要初始化的。梳理完之后，将这些初始化功能分别放到合适的阶段进行。

首屏渲染完成后

首屏渲染后的这个阶段，主要完成的是，非首屏其他业务服务模块的初始化、监听的注册、配置文件的读取等,这个阶段就是从渲染完成时开始，到 didFinishLaunchingWithOptions 方法作用域结束时结束.

这个阶段用户已经能够看到 App 的首页信息了，所以优化的优先级排在最后.

功能级别的启动优化
功能级别的启动优化，就是要从 main() 函数执行后这个阶段下手。
优化的思路是： main() 函数开始执行后到首屏渲染完成前只处理首屏相关的业务，其他非首屏业务的初始化、监听注册、配置文件读取等都放到首屏渲染完成后去做

方法级别的启动优化

我们需要进一步做的，是检查首屏渲染完成前主线程上有哪些耗时方法，将没必要的耗时方法滞后或者异步执行。通常情况下，耗时较长的方法主要发生在计算大量数据的情况下，具体的表现就是加载、编辑、存储图片和文件等资源。

对 App 启动速度的监控，主要有两种手段。

第一种方法是，定时抓取主线程上的方法调用堆栈，计算一段时间里各个方法的耗时.
Xcode 工具套件里自带的 Time Profiler ，采用的就是这种方式
第二种方法是，对 objc_msgSend 方法进行 hook 来掌握所有方法的执行耗时。
hook objc_msgSend 这种方式的优点是非常精确，而缺点是只能针对 Objective-C 的方法。