IOS性能優(yōu)化篇

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好的app應(yīng)該有好的性能流暢度，本篇文章就大概講一下ios性能優(yōu)化。

先來談?wù)凜PU和GPU

  • 在屏幕成像的過程中，CPU和GPU起著至關(guān)重要的作用
  • CPU( Central Processing Unit, 中央處理器)就是機(jī)器的“大腦”，也是布局謀略、發(fā)號(hào)施令、控制行動(dòng)的“總司令官”。
  • CPU的結(jié)構(gòu)主要包括運(yùn)算器（ALU, Arithmetic and Logic Unit）、控制單元（CU, Control Unit）、寄存器（Register）、高速緩存器（Cache）和它們之間通 訊的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。
  • GPU全稱為Graphics Processing Unit，中文為圖形處理器，就如它的名字一樣，GPU最初是用在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）上運(yùn)行繪圖運(yùn)算工作的微處理器。
  • 為什么GPU特別擅長處理圖像數(shù)據(jù)呢？這是因?yàn)閳D像上的每一個(gè)像素點(diǎn)都有被處理的需要，而且每個(gè)像素點(diǎn)處理的過程和方式都十分相似，也就成了GPU的天然溫床。
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在iOS中是雙緩沖機(jī)制，有前幀緩存、后幀緩存，即GPU會(huì)預(yù)先渲染好一幀放入一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)（前幀緩存），讓視頻控制器讀取，當(dāng)下一幀渲染好后，GPU會(huì)直接把視頻控制器的指針指向第二個(gè)緩沖器（后幀緩存）。當(dāng)你視頻控制器已經(jīng)讀完一幀，準(zhǔn)備讀下一幀的時(shí)候，GPU會(huì)等待顯示器的VSync信號(hào)發(fā)出后，前幀緩存和后幀緩存會(huì)瞬間切換，后幀緩存會(huì)變成新的前幀緩存，同時(shí)舊的前幀緩存會(huì)變成新的后幀緩存。

屏幕成像原理

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卡頓產(chǎn)生的原因

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在Sync信號(hào)到來后，系統(tǒng)圖形服務(wù)會(huì)通過CADisplayLink等機(jī)制通知App，App主線程開始在CPU中計(jì)算顯示內(nèi)容，比如視圖的創(chuàng)建，布局計(jì)算，圖片解碼，文本繪制等。隨后CPU會(huì)將計(jì)算好的內(nèi)容提交到GPU去，由GPU進(jìn)行交換，合成，渲染。隨后GPU會(huì)把渲染結(jié)果提交到幀緩沖區(qū)，等待下一次VSync信號(hào)（垂直同步信號(hào)）到來時(shí)顯示到屏幕上。由于垂直同步機(jī)制，如果在一個(gè)VSync時(shí)間內(nèi)，CPU或者GPU沒有完成內(nèi)容提交，則那一幀就會(huì)被丟棄，等待下一次機(jī)會(huì)再顯示，而這時(shí)顯示屏因?yàn)闆]有新的刷新，會(huì)保留之前的內(nèi)容不變。這就造成了卡頓。

  • 按照60FPS的刷幀率，每隔16ms就會(huì)有一次VSync信號(hào)

卡頓優(yōu)化 -CPU

  • 盡量用輕量級(jí)的對(duì)象，比如用不到事件處理的地方，可以考慮使用CALayer取代UIView
  • 不要頻繁地調(diào)用UIView的相關(guān)屬性，比如frame、bounds、transform等屬性，盡量減少不必要的修改
  • 盡量提前計(jì)算好布局，在有需要時(shí)一次性調(diào)整對(duì)應(yīng)的屬性，不要多次修改屬性
  • Autolayout會(huì)比直接設(shè)置frame消耗更多的CPU資源
  • 圖片的size最好剛好跟UIImageView的size保持一致
  • 控制一下線程的最大并發(fā)數(shù)量
  • 盡量把耗時(shí)的操作放到子線程

卡頓優(yōu)化 -GPU

  • 盡量避免短時(shí)間內(nèi)大量圖片的顯示，盡可能將多張圖片合成一張進(jìn)行顯示
  • 盡量減少視圖數(shù)量和層次
  • 減少透明的視圖（alpha<1），不透明的就設(shè)置opaque為YES
  • 盡量避免出現(xiàn)離屏渲染

離屏渲染

  • 在OpenGL中，GPU有2種渲染方式
    1.On-Screen Rendering：當(dāng)前屏幕渲染，在當(dāng)前用于顯示的屏幕緩沖區(qū)進(jìn)行渲染操作
    2.Off-Screen Rendering：離屏渲染，在當(dāng)前屏幕緩沖區(qū)以外新開辟一個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行渲染操作
  • 離屏渲染消耗性能的原因
    1.需要?jiǎng)?chuàng)建新的緩沖區(qū)
    2.離屏渲染的整個(gè)過程，需要多次切換上下文環(huán)境，先是從當(dāng)前屏幕（On-Screen）切換到離屏（Off-Screen）；等到離屏渲染結(jié)束以后，將離屏緩沖區(qū)的渲染結(jié)果顯示到屏幕上，又需要將上下文環(huán)境從離屏切換到當(dāng)前屏幕
  • 哪些操作會(huì)觸發(fā)離屏渲染？
    1.光柵化，layer.shouldRasterize = YES
    2.遮罩，layer.mask
    3.圓角，同時(shí)設(shè)置layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0
    考慮通過CoreGraphics繪制裁剪圓角，或者叫美工提供圓角圖片
    4.陰影，layer.shadowXXX
    如果設(shè)置了layer.shadowPath就不會(huì)產(chǎn)生離屏渲染

耗電優(yōu)化

耗電的主要來源？

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  • CPU處理，Processing
  • 網(wǎng)絡(luò)，Networking
  • 定位，Location
  • 圖像，Graphics

1. 定位優(yōu)化

  • 如果只是需要快速確定用戶位置，最好用CLLocationManager的requestLocation方法。定位完成后，會(huì)自動(dòng)讓定位硬件斷電
  • 如果不是導(dǎo)航應(yīng)用，盡量不要實(shí)時(shí)更新位置，定位完畢就關(guān)掉定位服務(wù)
  • 盡量降低定位精度，比如盡量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest
  • 需要后臺(tái)定位時(shí)，盡量設(shè)置pausesLocationUpdatesAutomatically為YES，如果用戶不太可能移動(dòng)的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)暫停位置更新
  • 盡量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges，優(yōu)先考慮startMonitoringForRegion:

APP啟動(dòng)優(yōu)化

先來看app啟動(dòng)流程

APP的啟動(dòng)可以分為2種

1、冷啟動(dòng)（Cold Launch）：從零開始啟動(dòng)APP
2、熱啟動(dòng)（Warm Launch）：APP已經(jīng)在內(nèi)存中，在后臺(tái)存活著，再次點(diǎn)擊圖標(biāo)啟動(dòng)APP

APP啟動(dòng)時(shí)間的優(yōu)化，主要是針對(duì)冷啟動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化

  • 通過添加環(huán)境變量可以打印出APP的啟動(dòng)時(shí)間分析（Edit scheme -> Run -> Arguments）
    1、DYLD_PRINT_STATISTICS設(shè)置為1
    2、如果需要更詳細(xì)的信息，那就將DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS設(shè)置為1

APP的冷啟動(dòng)概括為三大階段

  • dyld，Apple的動(dòng)態(tài)鏈接器，可以用來裝載Mach-O文件（可執(zhí)行文件、動(dòng)態(tài)庫等）
    啟動(dòng)APP時(shí)，dyld所做的事情有
    1.裝載APP的可執(zhí)行文件，同時(shí)會(huì)遞歸加載所有依賴的動(dòng)態(tài)庫
    2.當(dāng)dyld把可執(zhí)行文件、動(dòng)態(tài)庫都裝載完畢后，會(huì)通知Runtime進(jìn)行下一步的處理

  • runtime
    啟動(dòng)APP時(shí)，runtime所做的事情有
    1.調(diào)用map_images進(jìn)行可執(zhí)行文件內(nèi)容的解析和處理
    2.在load_images中調(diào)用call_load_methods，調(diào)用所有Class和Category的+load方法
    3.進(jìn)行各種objc結(jié)構(gòu)的初始化（注冊O(shè)bjc類 、初始化類對(duì)象等等）
    4.調(diào)用C++靜態(tài)初始化器和attribute((constructor))修飾的函數(shù)
    到此為止，可執(zhí)行文件和動(dòng)態(tài)庫中所有的符號(hào)(Class，Protocol，Selector，IMP，…)都已經(jīng)按格式成功加載到內(nèi)存中，被runtime 所管理

  • main
    1.APP的啟動(dòng)由dyld主導(dǎo)，將可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存，順便加載所有依賴的動(dòng)態(tài)庫
    2.并由runtime負(fù)責(zé)加載成objc定義的結(jié)構(gòu)
    3.所有初始化工作結(jié)束后，dyld就會(huì)調(diào)用main函數(shù)
    4.接下來就是UIApplicationMain函數(shù)，AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

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優(yōu)化方案

一、dyld

  • 減少動(dòng)態(tài)庫、合并一些動(dòng)態(tài)庫（定期清理不必要的動(dòng)態(tài)庫）
  • 減少Objc類、分類的數(shù)量、減少Selector數(shù)量（定期清理不必要的類、分類）
  • 減少C++虛函數(shù)數(shù)量
  • Swift盡量使用struct

二、runtime

用+initialize方法和dispatch_once取代所有的attribute((constructor))、C++靜態(tài)構(gòu)造器、ObjC的+load

三、main

  • 在不影響用戶體驗(yàn)的前提下，盡可能將一些操作延遲，不要全部都放在finishLaunching方法中
  • 按需加載

后面會(huì)分享自己的優(yōu)化過程

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