iPad app应用开发系列文章之三 －－ iOS的多核编程和内存管理[转]

隔上一次写iPad app开发文章已经是10个月，那篇iPad app开发概述还不错，曾经成为了google关键字“iPad app 开发”搜索的第一位，可能是大牛们都太忙于赚app store的钱了，留下我这个小虾来写文章。这次的文章集中与iOS的多核编程和内存管理，为什么？因为iPad 2已经是双核CPU了！虽然iPad 1的应用已经不慢了，但大家完全可以使用苹果的多核编程框架来写出更加responsive的应用。



多核运算

在iOS中concurrency编程的框架就是GCD(Grand Central Dispatch)， GCD的使用非常简单。它把任务分派到不同的queue队列来处理。开发者把任务代码装到一个个block里面，操作系统把这些任务代码分派到不同的资源里去处理，一个简单的例子来说，为什么初学者写tableview的时候，滑动列表时总会很卡，因为很多初学者把图片装载放到main thread主线程去执行，例如我们要滑动畅顺的话，iOS最快可以1秒内刷新60次，如何你的一个cell的文字和图片装载超过1/60秒的话，自然就会卡。所以一般我们会把图片装载这些需要多点时间的移出main thread来处理，对于用GCD来说，就是把图片载入放到另外一个queue队列中来异步执行，当资源准备好了后，放回到main thread中显示出来。main thread在GCD中就是main queue。



创建一个新queue队列的代码：

dispatch_queue_t network_queue;

network_queue = dispatch_queue_create("com.myapp.network", nill);

例如，我们图片读取放到network_queue来进行异步执行

dispatch_async(network_queue, ^{  
    UIImage *cellImage = [self loadMyImageFromNetwork:image_url];  
    // 将图片cache到本地  
    [self cacheImage:cellImage];  
  
    .....  
      
} );

dispatch_async的意思就是将任务进行异步并行处理，不一定需要一个任务处理完后才能处理下一个。以上代码loadMyImageFromNetwork的意思就是从网络中读取图片，这个任务交给network_queue来处理。这样读取图片的时间过长也不会阻塞主线程界面的处理。



当我们处理完图片后，应该更新界面，从queue的概念去设计，就是要将更新界面的代码放到main queue中去，因为iOS里面永远是主线程来刷新重画UI。所以代码应该为，

[dispatch_async(network_queue, ^{  
 	UIImage *cellImage = [self loadMyImageFromNetwork:image_url];  
    // 将图片cache到本地  
    [self cacheImage:cellImage];  
  
   // 回到主线程  
   dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{  
      // 显示图片到界面  
      [self displayImageToTableView:cellImage];  
   }];  
      
} );

dispatch_get_main_queue() 函数就是返回主线程，^{} 封装的就是任务代码，这样嵌套方式就可以从一个队列queue，跳到另一个queue，就是这么简单。



我们一般可以把networking有关的代码放到一个queue，把图片resize的代码放到另外一个queue，处理完后更新界面，只需要嵌套跳回到 main queue。这样加上几行代码，你的程序就可以利用到系统多核资源，把具体的调度工作交给了操作系统自己来分配。有了这样的代码，不管你的硬件是单核，双核还是iMac的4核，甚至8核，都可以非常好地并行处理。





内存管理

我一直惊叹iOS和Objective-C内存处理能力，例如iPad版本的iWork，Pages应用就是一个内存处理技术应用的鬼斧神工之作。想想256M内存的iPad，可以带来如此的华丽的界面同时获得如此流畅的用户体验，真是不简单。原因就是iOS一直提倡开发者在有限硬件资源内写出最优化的代码，使用CPU最少，占用内存最小。



（以下代码适用于iOS SDK 4.1, 由于新SDK 4.2对内存使用有新改动，所以可能有不同。。。）

1. 尽量少的UIView层

通常我们喜欢把很多控件层（UILabel，UIButton，UIView等）一起放到一个大的UIView容器来显示我们的内容，这个方法一般是可以的，但是如果要经常重新刷新内容的大区域界面，多数发生在iPad的应用中，这个方法会带来过多的内存使用和动画的延迟（比较卡），例如，scrollview的动画比较卡，又或者，经常收到内存警告。其中一个重要原因是每个控件，特别是透明底的，会多次重新绘制（drawRect）过多。其解决办法是，尽量将几个控件合并到一个层上来显示，这样系统会减少系统调用drawRect，从而带来性能上的提升。



很简单的一个例子，就是iNotes提供手写功能，用户可以在iPad屏幕上写出不同的笔画，开始的设计是，用户每写一划，iNotes就会生成一个新的透明底UIView来保持这个笔画，用户写了10笔，系统就生产了10个UIView，每个view的大小都是整个屏幕的，以便用户的undo操作。这个方案带来严重的内存问题，因为系统将每个层都保持一个bitmap图，一个像素需要4bit来算，一个层的大小就是 4x1024x768 ~ 3M, 10个层就是 10x3M = 30M，很明显，iPad很快爆出内存警告。



这个例子最后的方案是，所有笔画都画在同一个层，iNotes可以保存笔画的点进行undo操作。这样的方案就是无论用户画多少笔画，界面重画需要的资源都是一样的。



2. 显示最佳尺寸的图片

很多程序员比较懒，网络上拿下来的图片，直接就用UIImageView将其显示给用户，这样的后果就是，程序需要一直保存着大尺寸的图片到内存。解决办法应该是先将图片缩小到需要显示的尺寸，释放大尺寸图片的内存，然后再显示到界面给用户。



3. 尽量使用图片pattern，而不是一张大的图片

例如，很多界面设计者喜欢在界面上放一个大底图，但这个底图是老是占用着内存的，最佳方案是，设计出一个小的pattern图，然后用这个方案显示成底图。

UIImage *smallImage = [[UIImage alloc] initWithContentsOfFile:path];

backgroundView.backgroundColor = [UIColor colorWithPatternImage:smallImage];

[smallImage release];

4. 使用完资源后，立即释放

一般objective-c的习惯是，用完的资源要立即释放，因为明白什么时候用完某个资源的是程序员你自己。

例如，我们要读较大的图片，把它缩小后，显示到界面去。当大图片使用完成后，应该立即释放。代码如下：

UIImage *fullscreenImage = [[UIImage alloc] initWithContentOfFile:path];
UIImage *smallImage = [self resizeImage:fullscreenImage];

[fullscreenImage release];

imageView.image = smallImage;

......

5. 循环中大量生成的自动释放autorelease对象，可以考虑使用autorelease pool封装

代码范例：

for(UIView *subview in bigView.subviews) {
    // 使用autorelease pool自动释放对象池
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

    UIImageView *imageView = (UIImageView *)subview;
    
    // subview处理代码
    .......

    // 销毁自动释放对象
    [pool  drain];
}