iOS 性能优化

iOS的性能优化主要可提现在以前的几个方面：卡顿优化、耗电优化、启动优化、安装包的瘦身。

1、卡顿优化

在了解卡顿优化相关之前我们需要了解屏幕成像原理和卡顿的成因。

屏幕成像原理

我们所看到的动态的屏幕的成像其实和视频一样，都是一帧一帧造成的。为了把显示器的显示过程和系统的视频控制器进行同步，显示器（或者其他硬件）会用硬件时钟产生一系列的定时信号。当电子枪换到新的一行，准备进行扫描时，显示器会发出一个水平同步信号（Horizonal Synchronization），简称HSync；当一帧画面绘制完成后，电子枪回复到原位，准备画下一帧前，显示器会发出一个垂直同步信号（Vertical Synchronization），简称VSync。显示器通常以一个固定的频率进行刷新，这个刷新的频率就是VSync信号产生的频率。

卡顿成因

完成显示的过程：CPU计算数据->GPU进行渲染->屏幕发出VSync信号->成像，假如屏幕已经发出了VSync，但是GPU还没有渲染完成，则只能将上一次的数据显示出来，以至于当前计算的帧数据丢失，这样就产生了卡顿，当前的帧数据计算好后只能等下一周期去渲染了。

CPU（Central Processing Unit，中央处理器）

对象的创建、摧毁、属性的调整、布局的计算、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）都是通过CPU来做的。

GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）

图片.png

所要显示的信息一般是通过CPU计算或者解码，经过CPU的数据交给GPU渲染，渲染的工作在帧缓存的地方完成，然后从帧缓存读取数据到视屏控制器上，最终显示在屏幕上。
在iOS中有双缓存机制，前帧缓存、后帧缓存，这样的渲染效率更高。

卡顿解决办法

主要思路就是：尽可能的减少CPU和GPU资源的消耗。
按照60fps的刷帧率，每隔16ms就会产生一个VSync信号，那么针对CPU和GPU有以下优化方案：

CPU

• 尽量用轻量级的对象如：不用处理事件的UI控件考虑使用CALayer。
• 不要频繁的调用UIView的相关属性如：frame、bounds、transform 等。
• 尽量提前计算好布局，在有需要的时候一次性的调整对应的属性，不要多次修改。
• Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源。
• 图片的size和UIImageView的size保持一致。
• 控制线程的最大并发数量。
• 耗时操作放入子线程；如文本的尺寸计算、绘制、图片的解码、绘制等。

GPU

• 尽量避免短时间内大量的显示图片。
• GPU能处理的最大纹理尺寸是4096 * 4096，超过这个尺寸就会占用CPU资源，所以纹理不能超过这个尺寸。
• 尽量减少透明图的数量和层次。
• 减少透明的视图（alpha < 1），不透明的就设置opaque为YES。
• 尽量避免离屏渲染。

离屏渲染

在OpenGL中，GPU有两种渲染方式：
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：在当前屏幕缓冲区外开辟新的缓冲区进行渲染操作。
离屏渲染操作消耗性能的原因：
在整个离屏渲染的操作过程当中，需要多次切换上下文环境，先是从当前屏幕切换到离屏，渲染结束后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上，上下文环境从离屏切换到当前屏幕，这个过程会造成性能的消耗。
一下操作会触发离屏渲染

• 遮罩，layer.mask
• 圆角，同时设置layer.masksToBounds = YES ，layer.cornerRadius > 0；可以用CoreGraphics 绘制裁剪圆角。
• 阴影（如果设置了layer.shadowPath）不会产生离屏渲染。
• 光栅化，layer.shouldRasterize = YES
  • 光栅化的好处：在其他属性触发离屏渲染的同时，会将光栅化后的内容缓存起来，如果对应的layer及其sublayers没有发生改变，在下一帧的时候可以直接复用。shouldRasterize = YES，这将隐式的创建一个位图，各种阴影遮罩等效果也会保存到位图中并缓存起来，从而减少渲染的频度（不是矢量图）。
    • 举个例子：如果在滚动tableView时，每次都执行圆角设置，肯定会阻塞UI，设置这个将会使滑动更加流畅。当shouldRasterize设成true时，layer被渲染成一个bitmap，并缓存起来，等下次使用时不会再重新渲染了。实现圆角本身就是在做颜色混合（blending），如果每次页面出来时都blending，消耗太大，这时shouldRasterize = yes，下次就只是简单的从渲染引擎的cache里读取那张bitmap，节约系统资源。

但光栅化又会导致离屏渲染，影响图像性能，那么光栅化是否有助于优化性能，就取决于光栅化创建的位图缓存是否被有效复用，而减少渲染的频度，可以视同Instruments进行检测：
当你使用光栅化时，你可以开启“Color Hits Green and Misses Red”，来检查该场景下光栅化是否是一个好的选择。
如果光栅化的图层是绿色，就表示这些缓存被复用；如果是红色就表示缓存会被重复创建，这就表示该处存在性能问题了。
注意：
对于经常变动的内容，这个时候不要开启，否则会造成性能的浪费。

卡顿检测

这里的检测主要是针对主线程执行的耗时操作，可以通过RunLoop来检测：添加Observer到主线程的RunLoop中，通过监听RunLoop状态的切换的耗时，达到监控卡顿的目的。

2、耗电优化

耗电的主要方面：

• CPU处理
• 网络请求
• 定位
• 图像渲染

优化思路

• 尽可能的降低CPU、GPU功耗。
• 少用定时器
• 优化I/O操作
  • 尽量不要频繁的写入小数据，最好一次性批量的写入
  • 读写大量重要数据的时候，可以用dispatch_io，它提供了基于GCD的异步操作文件的API，使用该API会优化磁盘访问。
  • 数据量大的时候，用数据库管理数据
• 网络优化
  • 减少、压缩网络数据（JSON比XML文件性能更高）。
  • 若多次的网络请求结果相同，尽量使用缓存
  • 使用断点续传，否则网络不稳定的情况下可能多次传输相同的内容。
  • 网络不可用时，不进行网络请求。
  • 让用户可以取消长时间运行或者速度比较慢的网络操作，设置合适的超时时间。
  • 批量传输，如下载视频，不要传输很小的数据包，直接下载整个文件或者大块下载，然后慢慢展示。
• 定位优化
  • 如果外面只是需要快速的确定用户的位置，用CLLocationManager的requestLocation方法定位，定位完成后，定位硬件会自动断电。
  • 若不是导航应用，尽量不要实时更新位置，并为完毕就关掉定位服务。
  • 尽量降低定位精度，如不要使用精度最高的KCLLocationAccuracyBest。
    -需要后台定位，尽量设置pausesLocationUpdatesAutomatically为YES，若用户不怎么移动的时候，系统会自动暂停位置更新。

启动优化

App的启动分为两种：冷启动、热启动

• 冷启动：表示从零启动App。
• 热启动：表示App已经存在内存中，在后台依然活动着，再次点击图标启动App。
  App的启动优化主要针对的是冷启动的优化。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 -> Environment Variables添加DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1。
  
  图片.png
  
  运行程序则会打印：
  
  图片.png
  
  这里打印的是在执行main函数之前的耗时信息，若想打印更详细则添加环境变量为：DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1。
  
  图片.png

App冷启动

冷启动可以分为三个阶段：dyld阶段、Runtime阶段、main阶段。
第一阶段就是处理程序的镜像阶段，第二个阶段是加载本程序的类、分类信息等等的Runtime阶段，最后是调用main函数阶段。

dyld

dyld（Dynamic Link Editor），Apple的动态链接器，可以用来装载Mach-O文件（可执行文件和动态库等）。

图片.png

启动App时，dyld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，当dyld把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知Runtime进行做下一步的处理。

Runtime

启动App时，调用map_images 进行可执行文件的内容解析和处理，再load_images中调用call_load_methods调用所有Class和Category的load方法，然后进行objc结构初始化（注册类、初始化类对象等）。然后调用C++静态初始化器和__attribute_((constructor))修饰的函数，到此为止，可执行文件的和动态库中所有的符号（类、协议、方法等）都已经按照格式加载到内存中，被Runtime管理。

main

在Runtime阶段完成后，dyld会调用main函数，接下来是UIApplication函数，AppDelegate的application: didFinishLaunchingWithOptions:函数。

启动优化思路

dyld

• 减少动态库、合并动态库，定期清理不必要的动态库。
• 减少类、分类的数量，减少Selector的数量，定期清理不必要的类、分类。
• 减少C++虚函数的数量
• Swift开发尽量使用struct。

虚函数和java中抽象的函数有点类似，但区别是，基类定义的虚函数，子类可以实现也可以不实现，而抽象函数子类一定要实现。

Runtime

• 用inilalize方法和dispatch_once取代所有的__attribute_((constructor))、C++静态构造器、以及Objective-C中的load方法。

main

• 将一些耗时操作延迟执行，不要全部都放在finishLaunching方法中。

3、安装包瘦身

安装包（ipa）主要由可执行文件和资源文件组成，若不能妥善的管理则会造成安装包体积越来越大，所以针对资源优化我们可以将资源采取无损压缩，去除没用的资源。

• 对于可执行文件的瘦身，我们可以：
  • 从编译器层面优化
    • 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检测未使用代码：菜单栏->Code->Inspect Code；
    • 编写LLVM插件检测重复代码、未调用代码；
    • 通过LinkMap文件检测；

LinkMap

Build Setting -> LD_MAP_FILE_PATH: 设置文件路径 ，Build Setting -> LD_GENERSTE_MAP_FILE -> YES

图片.png

运行程序可看到：

图片.png

打开可看见各种信息：

图片.png

我们可根据这个信息针对某个类进行优化。