iOS-面试题5-性能优化

目录：

1. 卡顿优化
2. 耗电优化
3. 启动优化
4. APP瘦身

一. 卡顿优化

1. CPU和GPU的作用
   CPU计算文字大小、位置、颜色，图片解码等等，计算好之后将数据提交给GPU，GPU拿到这些数据进行渲染，渲染之后将数据放到帧缓存里面，然后视频控制器再从帧缓存读取数据，读取到数据之后直接显示到屏幕上。

2. 屏幕成像原理
   ① 虽然手机屏幕上的动画是可以动的，其实它都是通过一帧一帧(或者说一页)数据组成的。
   ② 当屏幕想显示一帧数据的时候，就会发送一个垂直同步信号，一旦发送一个垂直同步信号就表明它要显示一帧数据了，接下来，首先它会发送一个水平同步信号，接着再发送下一行水平同步信号，再下一行，直到填充整个屏幕，这时候一帧数据就显示完成。
   ③ 接下来再发送一个垂直同步信号，同理，也是一个一个发送水平同步信号，直到完成这一帧。
   ④ 当所有帧数据发送完成之后，这些帧连起来就是屏幕上的动画了。

3. 卡顿产生的原因
   一旦来一个垂直同步信号就会立马把GPU渲染好放在帧缓存里面的数据显示到屏幕上，并且马上开始下一帧的操作，如果CPU或者GPU绘制的比较慢，这时候帧缓存里面的数据还是上一帧的，这样显示的还是上一帧的数据，就会产生掉帧现象，也就是我们说的卡顿。

4. 卡顿解决的主要思路
   尽可能减少CPU、GPU资源消耗。

5. 卡顿优化 CPU
   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，能用int就不用NSNumber。
   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，因为每次修改都要重新计算和渲染，消耗性能比较多。
   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，因为多次修改也会重新计算和渲染。
   ④ Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源，因为Autolayout本身性能就不是很高。
   ⑤ 图片的size最好刚好跟UIImageView的size保持一致，如果不一致CPU就会对图片进行伸缩操作，这样比较消耗CPU资源。
   ⑥ 控制一下线程的最大并发数量，不要无限制的并发，这样会让CPU很忙。
   ⑦ 尽量把耗时的操作放到子线程，这样可以充分利用CPU的多核，这样CPU的资源消耗分担的也比较合理。

6. 那么哪些操作比较耗时呢？
   ① 文本尺寸计算、绘制
   比如boundingRectWithSize计算文字宽高，或者drawWithRect文本绘制，都是可以放到子线程去处理的。
   ② 图片解码、绘制

7. 卡顿优化 GPU
   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，这样只渲染一张图片，渲染更快。
   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级，视图层级太多会增加渲染时间。
   ④ 减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES，因为一旦有透明的视图就会进行很多混合计算增加渲染的资源消耗。
   ⑤ 尽量避免出现离屏渲染

8. 什么是离屏渲染呢？
   在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。

9. 为什么离屏渲染消耗性能？
   ① 需要创建新的缓冲区
   ② 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，想要将离屏缓冲区的渲染结果显示到当前屏幕上，就又需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕。

10. 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。
    可以考虑通过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。

11. 如何进行卡顿检测？
    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。比如第三方库LXDAppFluecyMonitor。

博客地址：卡顿优化

二. 耗电优化

耗电的主要来源：
① CPU、GPU
② 网络
③ 定位
④ 硬件

1. CPU、GPU优化

1. 尽可能降低CPU、GPU功耗
2. 少用定时器
3. 优化I/O操作
   ① 尽量不要频繁写入小数据，最好批量一次性写入。
   ② 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。
   ③ 数据量比较大的，建议使用数据库（比如SQLite、CoreData），因为数据库是由优化过的。

2. 网络优化

1. 减少、压缩网络数据。
   ① 比如XML文件体积就比较大，所以现在大部分公司都使用json，json体积比较小，现在有些公司也在使用protocol buffer这种格式，有兴趣的可以去研究下。
   ② 上传文件的时候可以压缩文件，服务器拿到文件后再解压。
2. 如果多次请求的结果是相同的，尽量使用缓存。
3. 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。
4. 网络不可用时，不要尝试执行网络请求。
5. 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。
6. 批量传输。
   ① 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。
   ② 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。

3. 定位优化

1. 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。
2. 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。
3. 尽量降低定位精度，比如尽量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest。
4. 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。
5. 尽量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges，优先考虑startMonitoringForRegion:。

4. 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。

三. 启动优化

1. APP的启动可以分为两种：
   冷启动（Cold Launch）：从零开始启动APP。APP启动时间的优化，主要是针对冷启动进行优化。
   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。

2. 冷启动的三大阶段
   ① dyld 装载阶段
   ② runtime阶段
   ③ main阶段

3. dyld 装载阶段
   dyld（dynamic link editor），它是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动态链接器会装载APP的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库。

4. runtime阶段
   启动APP时，runtime所做的事情有：
   ① 调用map_images函数进行可执行文件内容的解析和处理
   ② 在load_images函数中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的+load方法
   ③ 进行各种objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象等等）
   ④ 调用C++静态初始化器和__attribute__((constructor))修饰的函数
   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。

5. main阶段
   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，然后进入AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

6. 如何进行冷启动优化

① dyld 装载阶段：
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（因为一旦有虚函数就要多维护一张虚表，有虚表的话冷启动的时候就要多耗费一点时间）
Swift尽量使用struct（因为加载类的时候也耗费时间）

② runtime阶段：
用+initialize方法和dispatch_once取代所有的__attribute__((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load方法。

③ main阶段：
在不影响用户体验的前提下，尽可能将一些操作延迟，不要全部都放在didFinishLaunchingWithOptions方法中，也就是按需加载。

四. 安装包瘦身

安装包(IPA)主要由可执行文件、资源组成。

安装包瘦身方式：

1. 对于资源（图片、音频、视频等）

① 采取无损压缩
② 去除没有用到的资源：https://github.com/tinymind/LSUnusedResources

2. 对于可执行文件

① 编译器优化：Strip Linked Product、Make Strings Read-Only、Symbols Hidden by Default设置为YES（现在的项目已经默认为YES了，一些老项目可能还会为NO）。
② 去掉异常支持：Enable C++ Exceptions、Enable Objective-C Exceptions设置为NO， Other C Flags添加-fno-exceptions。
③ 利用AppCode（https://www.jetbrains.com/objc/）检测未使用的代码：菜单栏 -> Code -> Inspect Code。
④ 编写LLVM插件检测出重复代码、未被调用的代码（这种方式比较高级也比较难）。
⑤ 生成LinkMap文件，可以查看可执行文件的具体组成。

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