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）
  • 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 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

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

NSCache， 断点续传