性能优化

这一篇主要讲性能优化的策略，性能检测请查看另外一篇instruments

做性能优化之前，首先要有指标，明确需要优化什么？ 那里出错了？

一个app的好坏如何定义？

  • 界面是否好看？颜色，设计
  • 内容是否足够吸引人？
  • 交互是否方便合理？

上面这些都是产品设计和内容的问题，不过要把好的东西呈现出来就需要好的程序员啦，开发者在做好内容的同时，要保证做到

  1. 应用不能无缘无故崩溃，异常处理
  2. 界面展示、交互流畅，零卡顿
  3. 耗电量小
  4. app快速启动
  5. 应用包尽量小

异常处理

避免意外崩溃，app意外崩溃无非是两种原因

  1. 调用方法不当
    • OC中调用了没有实现的方法

      可以使用OC的消息转发机制处理，避免崩溃，并发错误信息当成警告上传，方便后面分析，优化

    • 数组越界

      OC 的数组 也同样可以使用消息转发机制避免崩溃

    • 野指针

      只能靠经验来尽量减少

  2. 内存溢出
    • 加载大内容的东西，没有及时释放。比如同时加载了100000张图片

      对于已知的缓存类，可以通过添加内存不足的监听，内存不足时手动释放来解决
      对于未知的内存增长可以借助Allocations来检测

    • 循环引用，用完的东西没有释放

      每个类打印dealloc或 deinit方法，遇到没释放的类，可以借助XCode 的 debug memory graph 来分析

    • 栈溢出, 死循环, 递归没有终止条件

      这种bug，在运行时可以很明显的看到重复调用的方法，添加终止条件就好

卡顿的原因

在屏幕成像的过程中，CPU和GPU起着至关重要的作用,在iOS程序中

  • CPU: 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: 纹理渲染

在iOS中是双缓冲机制，有前帧缓存、后帧缓存

屏幕成像原理

卡顿产生的原因

  • 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

可以使用CADisplay来检测是否掉桢

卡顿优化 - CPU

  • 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

  • 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

  • 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

  • Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源

  • 图片的size最好刚好跟UIImageView的size保持一致

  • 控制一下线程的最大并发数量

  • 尽量把耗时的操作放到子线程

    • 文本处理（尺寸计算、绘制）
    • 图片处理（解码、绘制）

卡顿优化 - GPU

  • 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

  • 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

  • 尽量减少视图数量和层次

  • 减少混合图层 减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES, 避免使用 clearColor, UILabel 默认的背景色就是 clearColor
    • 只要图片里边有透明区域就会触发混合图层，所以滚动列表应减少，或者不要显示透明的图片
  • 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
    • 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：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
  • 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.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0
      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.shadowPath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(CADisplayLink)
  • 使用 Core Animation 查看帧率

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 (NSCache)
    • 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

启动优化

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）

  • DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1 
      Total pre-main time: 646.13 milliseconds (100.0%)
       dylib loading time: 440.17 milliseconds (68.1%)
      rebase/binding time:   1.53 milliseconds (0.2%)
          ObjC setup time:  19.25 milliseconds (2.9%)
         initializer time: 185.04 milliseconds (28.6%)
         slowest intializers :
           libSystem.B.dylib :   5.11 milliseconds (0.7%)
 libBacktraceRecording.dylib :  17.33 milliseconds (2.6%)
  libMainThreadChecker.dylib :  18.26 milliseconds (2.8%)
                AFNetworking :  27.73 milliseconds (4.2%)
                   MJRefresh :  34.13 milliseconds (5.2%)
                RevealServer :  73.97 milliseconds (11.4%)
  • 如果需要更详细的信息，那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1
      total time: 1.7 seconds (100.0%)
  total images loaded:  449 (413 from dyld shared cache)
  total segments mapped: 114, into 7554 pages
  total images loading time: 1.3 seconds (75.7%)
  total load time in ObjC:  22.53 milliseconds (1.2%)
  total debugger pause time: 860.82 milliseconds (48.3%)
  total dtrace DOF registration time:   0.12 milliseconds     (0.0%)
  total rebase fixups:  170,775
  total rebase fixups time:  12.50 milliseconds (0.7%)
  total binding fixups: 607,593
  total binding fixups time: 219.62 milliseconds (12.3%)
  total weak binding fixups time:   2.39 milliseconds (0.1%)
  total redo shared cached bindings time: 222.65  milliseconds (12.5%)
  total bindings lazily fixed up: 0 of 0
  total time in initializers and ObjC +load: 173.83   milliseconds (9.7%)
                    libSystem.B.dylib :   7.34 milliseconds   (0.4%)
          libBacktraceRecording.dylib :   4.28 milliseconds   (0.2%)
           libMainThreadChecker.dylib :  18.92 milliseconds   (1.0%)
                         AFNetworking :  59.35 milliseconds   (3.3%)
                            MJRefresh :  30.78 milliseconds   (1.7%)
                         RevealServer :  44.67 milliseconds   (2.5%)
                         CNDinoReader :   1.90 milliseconds   (0.1%)
  total symbol trie searches:    1369834
  total symbol table binary searches:    0
  total images defining weak symbols:  46
  total images using weak symbols:  109
  • APP的冷启动可以概括为3大阶段
    • dyld
    • runtime
    • main

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、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

runtime

  • 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

main

  • 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

  • runtime

    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

详细的操作文章

安装包瘦身

  • 安装包（IPA）主要由可执行文件、资源组成

  • 资源（图片、音频、视频等）
  • 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 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

LinkMap

  • 生成LinkMap文件，可以查看可执行文件的具体组成

NSCache， 断点续传