iOS 性能优化

我们会从下面一个方面进行分析解释：

• CPU和GPU
  在屏幕成像的过程中，CPU和GPU起着至关重要的作用，我们还需要了解屏幕的成像原理。

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

CPU和GPU

在iOS中是双缓冲机制，有前帧缓存、后帧缓存，两个缓存协调使用，这样的话效率会很高。

• 屏幕成像原理

首先会发出一个垂直同步信号，可以理解成标记一下，让后再发出一个水平同步信号，一帧一帧的进行显示，当一个垂直同步信号，显示完以后，又会发出一个垂直同步信号进行下一次的显示。

屏幕成像原理

卡顿产生的原因：

CPU和GPU的操作时间过长，当一个垂直同步信号来的时候CPU和GPU的操作还没有完成，就出现了掉帧的情况发生。苹果设备屏幕刷新时间是一秒钟刷新60次，也就是在16.7秒内要有一个的计算、渲染和刷新操作，在这个16.7秒之内没有完成一个激计算和渲染的操作，这个时候又有下一次的计算和渲染任务的到来，上一次的就被舍弃，就出现的掉帧的感觉，从而卡顿。

• 卡顿检测

1.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
2.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

• 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
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）
图片处理（解码、绘制）

• 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
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
尽量避免出现离屏渲染

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。简单来说一个内容暂时还不需要在屏幕上进行显示，却被计算和渲染了，占用的大量的CPU和GPU资源。

• 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

耗电优化

• 耗电的来源：

1.CPU处理，Processing
2.网络，Networking
3.定位，Location
4.图像，Graphics

耗电来源

• 耗电优化

• 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
  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
  4.数据量比较大的，建议使用数据库（比如SQLite、CoreData）

• 网络优化
  1.减少、压缩网络数据
  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
  网络不可用时，不要尝试执行网络请求
  4.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
  5.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

APP的启动

• 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

• 添加环境变量

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
(还有添加其他的环境变量，代表什么意思请参考我的另一篇文章https://www.jianshu.com/p/4719b3acd3ff)。

• APP的冷启动可以概括为3大阶段

dyld
runtime
main

APP的冷启动

下面介绍每个阶段代表什么意思：

• APP的启动 - dyld

1.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）
2.启动APP时，dyld所做的事情有
装载APP的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库
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

1.启动APP时，runtime所做的事情有
调用map_images进行可执行文件内容的解析和处理
在load_images中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的+load方法
进行各种objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象等等）
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

• 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
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

main
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finishLaunching方法中
按需加载

安装包瘦身

• 安装包（IPA）主要由可执行文件、资源组成
• 资源（图片、音频、视频等）

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

• 可执行文件瘦身

• 编译器优化

• Strip Linked Product、Make Strings Read-Only、Symbols Hidden by Default设置为YES
• 去掉异常支持，Enable C++ Exceptions、Enable Objective-C Exceptions设置为NO， Other C Flags添加-fno-exceptions

• 利用AppCode（https://www.jetbrains.com/objc/）检测未使用的代码：菜单栏 -> Code -> Inspect Code

• 编写LLVM插件检测出重复代码、未被调用的代码

LinkMap

生成LinkMap文件，可以查看可执行文件的具体组成

image.png

• 可借助第三方工具解析LinkMap文件： https://github.com/huanxsd/LinkMap 检查每个类占用大小