iOS底層原理(六):性能優(yōu)化

前言
性能優(yōu)化包括:卡頓檢測和優(yōu)化、耗電優(yōu)化、啟動優(yōu)化、安裝包瘦身幾部分組成

一、卡頓檢測和優(yōu)化

1. 屏幕成像原理
  • CPU計(jì)算完成后,將結(jié)果交給GPU渲染,GPU會把渲染的結(jié)果放到幀緩存中,視頻控制器從幀緩存中讀取,并顯示到屏幕上,如下圖所示:
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2. 顯示器的顯示原理
電子槍掃描
  • 顯示器的電子槍按照上面方式,從上到下一行行掃描,掃描完成后顯示器就呈現(xiàn)一幀畫面,隨后電子槍回到初始位置繼續(xù)下一次掃描。為了把顯示器的顯示過程和系統(tǒng)的視頻控制器進(jìn)行同步,顯示器(或者其他硬件)會用硬件時鐘產(chǎn)生一系列的定時信號。

  • 當(dāng)電子槍換到新的一行,準(zhǔn)備進(jìn)行掃描時,顯示器會發(fā)出一個HSync水平同步信號(horizonal synchronization) ;而當(dāng)一幀畫面繪制完成后,電子槍回復(fù)到原位,準(zhǔn)備畫下一幀前,顯示器會發(fā)出一個VSync垂直同步信號(vertical synchronization)

  • 接收到VSync垂直同步信號后,App主線程就會在CPU中計(jì)算顯示內(nèi)容,例如視圖的創(chuàng)建、布局計(jì)算、圖片解碼、文本繪制等等,然后將結(jié)果提交給GPU渲染,由GPU進(jìn)行變換、合成、渲染,然后將渲染結(jié)果提交到幀緩沖區(qū)中,等待下一次VSync垂直同步信號到來之時,顯示到屏幕上。

3. 卡頓產(chǎn)生的原因
  • 由于垂直同步的機(jī)制,如果在一個VSync垂直同步信號時間內(nèi),CPU 或者 GPU 沒有完成內(nèi)容提交,則那一幀就會被丟棄,等待下一次機(jī)會再顯示,而這時顯示屏?xí)A糁暗膬?nèi)容不變。這就是界面卡頓的原因

  • 所以無論CPU 和 GPU 哪個阻礙了顯示流程,都會造成掉幀現(xiàn)象。開發(fā)時也需要分別對 CPU 和 GPU 壓力進(jìn)行評估和優(yōu)化。

4. 卡頓優(yōu)化
(1).CPU優(yōu)化:
  • 盡量使用輕量級的對象,例如用不到事件處理的地方 ,可以考慮使用CALayer代替UIView
  • AutoLayout會比直接設(shè)置frame消耗更多的CPU資源
  • 圖片的Size最好和UImageView的size保持一致,盡量不要動態(tài)縮放(contentMode)
  • 控制線程最大并發(fā)數(shù)量
  • 盡量把耗時操作放到子線程中,例如:圖片解碼、圖片繪制、文本處理等
  • 不要用JPEG圖片,應(yīng)當(dāng)使用PNG圖片
  • 在tableViewCell高度需要自適應(yīng)時,需要緩存高度,以避免重復(fù)無意義的計(jì)算,可以使用字典或者NSCache緩存,或者UITableView-FDTemplateLayoutCell
(2).GPU優(yōu)化:
  • 盡量避免短時間內(nèi)大量圖片顯示,盡可能將多張圖片合成一張進(jìn)行顯示
  • GPU能處理的最大紋理尺寸是4096x4096,一旦超過這個尺寸,就會占用CPU資源進(jìn)行處理,所以紋理盡量不要超過這個尺寸
  • 盡量減少視圖數(shù)量和層次
  • 減少透明的視圖,不透明的就設(shè)置opaque為YES
  • 盡量避免離屏渲染
  • 在cellForRowAtIndexPath:回調(diào)的時候只創(chuàng)建實(shí)例,快速返回cell,不綁定數(shù)據(jù)。在willDisplayCell: forRowAtIndexPath:的時候綁定數(shù)據(jù)(賦值)
  • 少用clearColor,maskToBounds,陰影效果等。
(3).盡量避免離屏渲染:

在OpenGL中,GPU有兩種渲染方式:

  • 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
  • Off-Screen Rendering: 離屏渲染,在當(dāng)前屏幕緩沖區(qū)以外新開辟一個緩沖區(qū)進(jìn)行渲染操作

離屏渲染消耗性能的原因:

  • 需要創(chuàng)建新的緩沖區(qū)
  • 離屏渲染的整個過程,需要多次切換上下文環(huán)境:先是從當(dāng)前屏幕切換到離屏,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

哪些操作會觸發(fā)離屏渲染:

  • 光柵化,例如:layer.shouldRasterize = YES;
  • 遮罩,例如:layer.mask
  • 圓角,同時設(shè)置layer.maskToBounds = YESlayer.cornerRadius大于0就會觸發(fā)離屏渲染,可以考慮通過CoreGraphics繪制圓角,或者叫美工提供圓角圖片
  • 陰影,例如:layer.shadowXXX,可以用layer.shadowPath代替
5. 卡頓檢測

二、耗電優(yōu)化

  • 盡可能降低CPU、GPU功耗

  • 少用定時器

  • 優(yōu)化I/O操作

    • 盡量不要頻繁寫入小數(shù)據(jù),最好批量一次性寫入
    • 讀寫大量重要數(shù)據(jù)時,考慮用dispatch_io,其提供了基于GCD的異步操作文件I/O的API,用dispatch_io系統(tǒng)會優(yōu)化磁盤訪問
    • 數(shù)據(jù)量比較大的,建議使用數(shù)據(jù)庫,例如SQLite、CoreData
  • 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

    • 減少、壓縮網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)
    • 如果多次請求的結(jié)果是相同,盡量使用緩存
    • 使用斷點(diǎn)續(xù)傳,否則網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時可能重復(fù)下載
    • 網(wǎng)絡(luò)不可用時,不要嘗試執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)請求
    • 讓用戶可以取消長時間運(yùn)行或者速度很慢的網(wǎng)絡(luò)操作,設(shè)置合適的超時時間
    • 批量傳輸,比如下載視頻時,不要傳輸很小的數(shù)據(jù)包,直接下載整個文件或者一大塊一大塊的下載;如果下載廣告,一次性多下載一些,然后在慢慢展示;
  • 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,會自動讓定位硬件斷點(diǎn)
    • 如果不是導(dǎo)航應(yīng)用,盡量不要實(shí)時更新位置,定位完畢就關(guān)掉定位服務(wù)
    • 盡量降級定位精度,盡量不要使用精度最高的
    • 盡量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges,優(yōu)先考慮startMonitoringForRegion:
  • 硬件檢測優(yōu)化

    • 用戶移動、搖晃、傾斜設(shè)備時,會產(chǎn)生動作motion事件,這些事件由加速器、陀螺儀、磁力計(jì)等硬件檢測,在不需要檢測的場合,及時關(guān)閉這些硬件

三、啟動優(yōu)化

1. APP的啟動
  • APP的啟動分為冷啟動熱啟動

    • 冷啟動:從零開始啟動APP
    • 熱啟動:APP已經(jīng)在內(nèi)存中了,再次點(diǎn)擊圖標(biāo)啟動APP
  • 熱啟動的速度已經(jīng)非常快了,所以啟動優(yōu)化主要針對于冷啟動

2. 查看APP的啟動時間
  • 通過添加環(huán)境變量可以打印出APP的啟動時間:Product -> Scheme -> Edit Scheme -> Run -> Arguments

  • 在環(huán)境變量Environment Variables中增加:DYLD_PRINT_STATISTICSYES,然后運(yùn)行APP,即可在控制臺中打印出來

  • 如果需要更詳細(xì)的信息,那就將DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS設(shè)置為YES

3. APP啟動的三大階段

APP啟動分為三大階段:dyld加載可執(zhí)行文件和動態(tài)庫、Runtime初始化OC結(jié)構(gòu)、dyld調(diào)用main函數(shù)及代理方法,如下圖所示

三大階段

(1).dyld
  • dyldApple動態(tài)鏈接器,全稱是dynamic link editor,可以用來裝載Mach-O文件,包括可執(zhí)行文件、動態(tài)庫

  • 啟動APP時,dyld所做的事情有:

    • 裝載APP的可執(zhí)行文件,同時會遞歸加載所有依賴的動態(tài)庫

    • 當(dāng)dyld把可執(zhí)行文件、動態(tài)庫都裝載完畢后,會通知Runtime進(jìn)行下一步處理

(2).runtime
  • 啟動APP時,runtime所做的事情有:

    • 調(diào)用map_images進(jìn)行可執(zhí)行文件內(nèi)容的解析和處理

    • load_images中調(diào)用call_load_methods,調(diào)用所有ClassCategory的+load方法

    • 進(jìn)行各種objc結(jié)果的初始化,包括注冊Objc類、初始化類對象等等

    • 調(diào)用C++靜態(tài)初始化器和__attribute__((constructor))修飾的函數(shù)

  • 到此為止,可行文件和動態(tài)庫中所有的符號,包括Class、Protocol、Selector、IMP等等,都已經(jīng)按格式成功加載到內(nèi)存中,被runtime所管理了

(3).main
  • 所有初始化工作完成后,dyld就會調(diào)用main函數(shù),然后調(diào)用UIApplicationMain函數(shù),`然后就是``AppDelegateapplication:didFinishLaunchingWithOptions:```方法
(4).總結(jié)
  • APP的啟動由dyld主導(dǎo),將可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存中,順便加載所有依賴的動態(tài)庫

  • 然后runtime負(fù)責(zé)將可執(zhí)行文件等加載成objc定義的結(jié)構(gòu)

  • 所有初始化工作結(jié)束后,dyld就是調(diào)用main函數(shù),進(jìn)而調(diào)用application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

4. APP啟動優(yōu)化

根據(jù)不同的階段,進(jìn)行不同的優(yōu)化:

  • dyld

    • 減少動態(tài)庫、合并一些動態(tài)庫,定期清理不必要的動態(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和分類
    • 減少C++虛函數(shù)數(shù)量
    • Swift盡量使用struct
  • 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
  • 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

四、安裝包瘦身

安裝包IPA主要由可執(zhí)行文件、資源組成,所以安裝包瘦身也是從這兩方面考慮

(1). 對于資源的瘦身,包括圖片、音頻、視頻等

(2). - 對可行性文件瘦身

  • 編譯器優(yōu)化

    • Strip Linked Product、Make Strings Read-Only、Symbols Hidden by Default設(shè)置為YES

    • 去掉異常支持Enable C++ Exceptions、Enable Objective-C Exceptions設(shè)置為NOOther C Flags添加為-fno-exceptions

  • 去除未使用代碼

    • 利用AppCode檢測未使用代碼,打開AppCode后在,在菜單欄->Code->Inspect Code

    • 或者編寫LLVM插件檢測出重復(fù)代碼、未被調(diào)用的代碼

    • 生成LinkMap文件,可以查看可執(zhí)行文件的具體組成,可以借助第三方工具解析LinkMap文件,如下圖所示

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