iOS底层原理之性能优化

CPU和GPU

在屏幕成像的过程中，CPU和GPU起着至关重要的作用。

• CPU（Central Processing Unit，中央处理器）：主要用于对象的创建和销毁、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）： 主要用于纹理的渲染。
  
• 屏幕成像原理
  
  垂直同步信号（VSync）表示将要显示一帧画面（一屏幕）；
  水平同步信号（HSync）表示一行一行显示，最后一行执行完又会发送一个垂直同步信号（VSync）显示下一帧画面。
• 卡顿的原因：
  
  因为垂直同步信号（VSync）是按固定的频率发出的，发出后就要显示当前的画面，如果cpu和gpu消耗时间太长，这时候就只能显示上一帧画面，这样就会造成丢帧的现象。
• 卡顿解决的主要思路
  尽可能减少CPU、GPU资源消耗，按照60FPS的刷帧率，每隔16ms就会有一次VSync信号。

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，如文本处理（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;
5. 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：

1. 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；
2. 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。
• 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。github上有一个第三方库LXDAppFluecyMonitor可以检测每个执行方法消耗的时常。

耗电

• 耗电的主要来源：CPU处理，Processing、网络，Networking、定位，Location、图像，Graphics。

耗电优化

• 尽可能降低CPU、GPU功耗
• 少用定时器
• 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，数据量比较大的，建议使用数据库（比如SQLite、CoreData）。
• 网络优化
  减少、压缩网络数据；
  如果多次请求的结果是相同的，尽量使用缓存；
  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，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。
• 定位优化
  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；
  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；
  尽量降低定位精度，比如尽量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest；
  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；
  尽量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges，优先考虑startMonitoringForRegion:。
• 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。

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
  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 Varlables）,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。
  

可以看见控制台打印启动过程各个阶段所占时间长及比例。

APP启动3大阶段

• APP的冷启动可以概括为3大阶段：dyld、runtime、main。
  

• 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），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。

• 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：调用UIApplicationMain函数，加载完成后会调用AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

• 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。
  untime：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(图片、音频、视频等)组成。
• 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；
• 生成LinkMap文件，可以查看可执行文件的具体组成；
  
  可借助第三方工具解析LinkMap文件： https://github.com/huanxsd/LinkMap

面试题

• 你在项目中是怎么优化内存的？
  用ARC管理内存、在正确的地方使用reuseIdentifier、当View设置为透明的时候，一般把apaque设为NO，减小开销，尽量不要离屏渲染,对内存有好处、避免庞大的XIB、不要阻塞主线程、懒加载、Cache 缓存等等。

• 列表（UITableView）卡顿的原因可能有哪些？你平时是怎么优化的？

1. 最常用的就是cell的重用， 注册重用标识符;
   如果不重用cell时，每当一个cell显示到屏幕上时，就会重新创建一个新的cell
   如果有很多数据的时候，就会堆积很多cell。
   如果重用cell，为cell创建一个ID，每当需要显示cell 的时候，都会先去缓冲池中寻找可循环利用的cell，如果没有再重新创建cell
2. 避免cell的重新布局
   cell的布局填充等操作 比较耗时，一般创建时就布局好
   如可以将cell单独放到一个自定义类，初始化时就布局好
3. 提前计算并缓存cell的属性及内容
   当我们创建cell的数据源方法时，编译器并不是先创建cell 再定cell的高度,而是先根据内容一次确定每一个cell的高度，高度确定后，再创建要显示的cell，滚动时，每当cell进入凭虚都会计算高度，提前估算高度告诉编译器，编译器知道高度后，紧接着就会创建cell，这时再调用高度的具体计算方法，这样可以方式浪费时间去计算显示以外的cell
4. 减少cell中控件的数量
   尽量使cell得布局大致相同，不同风格的cell可以使用不用的重用标识符，初始化时添加控件，不需要使用的可以先隐藏;
5. 不要使用ClearColor，无背景色，透明度也不要设置为0
   渲染耗时比较长
6. 使用局部更新
   如果只是更新某组的话，使用reloadSection进行局部更
7. 加载网络数据，下载图片，使用异步加载，并缓存
8. 少使用addView 给cell动态添加view
9. 按需加载cell，cell滚动很快时，只加载范围内的cell
10. 不要实现无用的代理方法，tableView只遵守两个协议
11. 缓存行高：estimatedHeightForRow不能和HeightForRow里面的layoutIfNeed同时存在，这两者同时存在才会出现“窜动”的bug。所以我的建议是：只要是固定行高就写预估行高来减少行高调用次数提升性能。如果是动态行高就不要写预估方法了，用一个行高的缓存字典来减少代码的调用次数即可
12. 不要做多余的绘制工作。在实现drawRect:的时候，它的rect参数就是需要绘制的区域，这个区域之外的不需要进行绘制。例可以用CGRectIntersectsRect、CGRectIntersection或CGRectContainsRect判断是否需要绘制image和text，然后再调用绘制方法。
13. 预渲染图像。当新的图像出现时，仍然会有短暂的停顿现象。解决的办法就是在bitmap context里先将其画一遍，导出成UIImage对象，然后再绘制到屏幕；
14. 使用正确的数据结构来存储数据。

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参考：
iOS 如何优化项目
在iOS中如何优化内存（一）
INSTRUMENTS调试工具的使用（一）
遇到tableView卡顿嘛？会造成卡顿的原因大致有哪些？TableView的性能优化