iOS性能优化

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CPU & GPU

在屏幕成像的过程中CPU（Central Processing Unit，中央处理器）和GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)起到了至关重要的作用,简言之,CPU负责计算包括: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、图片格式的转换和解码、图像的绘制（Core Graphics）。而GPU的话主要负责绘制：纹理的渲染。

两者协作的原理是这样的：

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卡顿优化

卡顿产生的原因

屏幕显示的原理是通过两个信号：水平同步信号和垂直同步信号，每当有垂直同步信号过来的时候就会显示一帧的数据；

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我们知道这每一帧的数据是通过CPU和GPU共同协作来完成的，也就是说需要在垂直同步信号到来之前CPU和GPU必须准备好要显示的这一帧的数据，那么如果没有准备完毕就会导致显示延迟也就是卡顿；
可以看下这个示意图：

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红色的箭头表示CPU的工作时间，蓝色的箭头表示GPU的工作时间，如果两者的工作时间超过了垂直同步信号到来的时间，就不能正常显示这一帧的图像了。那么垂直同步信号多久来一次呢？按照60FPS的刷新频率，每隔16ms就会有一个垂直同步信号过来，也就是说每一帧图像的计算和绘制要小于等于16ms，这样才不会卡；

卡顿问题如何解决

OK，既然我们知道了卡顿的原因，那么我们如何避免卡顿是不是就有方向了呢？

很显然我们要从CPU和GPU这两个方向来处理，前面已经分别讲过了二者的工作内容，那么也就是想办法降低CPU的计算时间和GPU的绘制时间。下面分别就二者的特点来总结：

CPU

  • 尽量要用轻量级对象，比如用不到事件处理的地方，可以考虑用CALayer来代替UIView

  • 尽量不要频繁的调用UIView的相关属性，比如frame、transform、bouds等属性，尽量减少不必要的修改，降低CPU对View大小重新计算的频率；

  • 尽量提前计算好布局，在有需要的时一次性调整对应的属性，不要多次修改属性

  • autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源，能用frame就不用autolayout

  • 图片的size最好和UIImageView的size保持一致，减少CPU的计算

  • 控制线程的最大并发数量

  • 尽量把耗时的操作放在子线程处理：文本处理（尺寸的计算以及绘制）、图片处理（编码和绘制）

GPU

  • 尽量避免短时间内大量图片显示，尽可能的讲多张图片合并成一张来显示

  • GPU能处理的最大纹理尺寸是4096 * 4096,一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

  • 尽量减少视图的数量和层级

  • 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2种渲染方式

    On-Screen Rendering : 当前屏幕渲染，在当前用于显示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为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

  • 需要开辟新的缓冲区
  • 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

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.maskToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0；可以考虑通过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.shaowPath就不会产生离屏渲染

    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

耗电优化

耗电的主要来源

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  • CPU处理，Processing
  • 网络，Networking
  • 定位，Location
  • 图像，Graphics

如何降低设备耗电

  • 尽可能降低CPU、GPU的功耗
  • 少用定时器
  • 优化I/O操作：
    1. 尽量不要频繁写入小数据，最好批量一次性写入
    2. 读写大量数据时，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。
    3. 数据量比较大的，建议使用数据库（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
    4. 网络不可用时，不要尝试网络请求
    5. 让用户可以取消长时间运行或者速度很慢的网络操作，设置合理的超时时间
    6. 批量传输，比如，下载视频时，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的下载。如果下载广告一次性多下载些，然后再慢慢展示；比如下载电子邮件一次性下载多封，不要一封一封的下载；
  • 定位优化
    1. 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
    2. 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
    3. 尽量降低定位精度，比如尽量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest
    4. 需要后台定位时，尽量设置pauseLocationUpdatesAutomatically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
    5. 尽量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges,优先考虑startMonitoringForRegion：
  • 硬件检测优化
    1. 用户移动、摇晃、倾斜设备时，会产生动作事件，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。

启动优化

App 的启动可以分为两种

  1. 冷启动(Cold Launch) ：从零开始启动App
  2. 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，主要是针对冷启动来进行优化

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）

  1. DYLY_PRINT_STATISTICS设置为1
  2. 如果需要更详细的信息，可以将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

App的冷启动可以概括为3大阶段

  1. dyld
  2. runtime
  3. main
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启动App时，dyld所做的事情：

  1. 装载App的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库
  2. 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：

  1. 调用map_images进行可执行文内容的解析和处理
  2. 在load_images中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的+load方法
  3. 进行各种objc结构的初始化(注册Objc类、初始化类对象等等)
  4. 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。

总结一把

  1. App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
  2. 并由runtime负责加载成objc定义的结构
  3. 所有初始化工作结束后，dyld就会调用main函数
  4. 然后是UIApplicationMain函数，AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

App的启动优化

dyld

  1. 减少动态库、合并一些动态库(定期清理不必要的动态库)
  2. 减少Objc类、分类的数量、减少Selector的数量（定期清理不必要的类、分类）
  3. 减少C++虚函数数量
  4. Swift尽量使用struct

runtime

  1. 用+initialize方法和dispatch_once取代所有的attribute((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load

main

  1. 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
  2. 按需加载

安装包瘦身

安装包(IPA)主要由可执行文件、资源文件构成

资源（图片、音频、视频等）

  1. 采取无损压缩
  2. 去除没有用的资源:https://github.com/tinymind/LSUnusedResources

可执行文件瘦身

  1. 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
  2. 利用AppCode ( https://www.jetbrains.com/objc/ ) 检测未使用的代码：菜单栏->Code->Inspect Code
  3. 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

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可借助第三方工具解析LinkMap文件:https://github.com/huanxsd/LinkMap

谢谢您的支持！