前言
學(xué)如逆水行舟，不進(jìn)則退。共勉！！！
這篇文章會(huì)非常詳細(xì)的分析 iOS 界面構(gòu)建中的各種性能問題以及對(duì)應(yīng)的解決思路，同時(shí)給出一個(gè)開源的微博列表實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)際的代碼展示如何構(gòu)建流暢的交互。優(yōu)秀的人已經(jīng)點(diǎn)贊關(guān)注支持啦，你也一樣哦。
演示項(xiàng)目
在開始技術(shù)討論前，你可以先下載我寫的 Demo 跑到真機(jī)上體驗(yàn)一下：https://github.com/ibireme/YYKit。 Demo 里包含一個(gè)微博的 Feed 列表、發(fā)布視圖，還包含一個(gè) Twitter 的 Feed 列表。為了公平起見，所有界面和交互我都從官方應(yīng)用原封不動(dòng)的抄了過來，數(shù)據(jù)也都是從官方應(yīng)用抓取的。你也可以自己抓取數(shù)據(jù)替換掉 Demo 中的數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行對(duì)比。盡管官方應(yīng)用背后的功能更多更為復(fù)雜，但不至于會(huì)帶來太大的交互性能差異。
這個(gè) Demo 最低可以運(yùn)行在 iOS 6 上，所以你可以把它跑到老設(shè)備上體驗(yàn)一下。在我的測(cè)試中，即使在 iPhone 4S 或者 iPad 3 上，Demo 列表在快速滑動(dòng)時(shí)仍然能保持 50~60 FPS 的流暢交互，而其他諸如微博、朋友圈等應(yīng)用的列表視圖在滑動(dòng)時(shí)已經(jīng)有很嚴(yán)重的卡頓了。
微博的 Demo 有大約四千行代碼，Twitter 的只有兩千行左右代碼，第三方庫(kù)只用到了 YYKit，文件數(shù)量比較少，方便查看。好了，下面是正文。
屏幕顯示圖像的原理
首先從過去的 CRT 顯示器原理說起。CRT 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(huì)用硬件時(shí)鐘產(chǎn)生一系列的定時(shí)信號(hào)。當(dāng)電子槍換到新的一行，準(zhǔn)備進(jìn)行掃描時(shí)，顯示器會(huì)發(fā)出一個(gè)水平同步信號(hào)（horizonal synchronization），簡(jiǎn)稱 HSync；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(huì)發(fā)出一個(gè)垂直同步信號(hào)（vertical synchronization），簡(jiǎn)稱 VSync。顯示器通常以固定頻率進(jìn)行刷新，這個(gè)刷新率就是 VSync 信號(hào)產(chǎn)生的頻率。盡管現(xiàn)在的設(shè)備大都是液晶顯示屏了，但原理仍然沒有變。
通常來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 CPU、GPU、顯示器是以上面這種方式協(xié)同工作的。CPU 計(jì)算好顯示內(nèi)容提交到 GPU，GPU 渲染完成后將渲染結(jié)果放入幀緩沖區(qū)，隨后視頻控制器會(huì)按照 VSync 信號(hào)逐行讀取幀緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過可能的數(shù)模轉(zhuǎn)換傳遞給顯示器顯示。
在最簡(jiǎn)單的情況下，幀緩沖區(qū)只有一個(gè)，這時(shí)幀緩沖區(qū)的讀取和刷新都都會(huì)有比較大的效率問題。為了解決效率問題，顯示系統(tǒng)通常會(huì)引入兩個(gè)緩沖區(qū)，即雙緩沖機(jī)制。在這種情況下，GPU 會(huì)預(yù)先渲染好一幀放入一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)，讓視頻控制器讀取，當(dāng)下一幀渲染好后，GPU 會(huì)直接把視頻控制器的指針指向第二個(gè)緩沖器。如此一來效率會(huì)有很大的提升。
雙緩沖雖然能解決效率問題，但會(huì)引入一個(gè)新的問題。當(dāng)視頻控制器還未讀取完成時(shí)，即屏幕內(nèi)容剛顯示一半時(shí)，GPU 將新的一幀內(nèi)容提交到幀緩沖區(qū)并把兩個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行交換后，視頻控制器就會(huì)把新的一幀數(shù)據(jù)的下半段顯示到屏幕上，造成畫面撕裂現(xiàn)象，如下圖：
為了解決這個(gè)問題，GPU 通常有一個(gè)機(jī)制叫做垂直同步（簡(jiǎn)寫也是 V-Sync），當(dāng)開啟垂直同步后，GPU 會(huì)等待顯示器的 VSync 信號(hào)發(fā)出后，才進(jìn)行新的一幀渲染和緩沖區(qū)更新。這樣能解決畫面撕裂現(xiàn)象，也增加了畫面流暢度，但需要消費(fèi)更多的計(jì)算資源，也會(huì)帶來部分延遲。
那么目前主流的移動(dòng)設(shè)備是什么情況呢？從網(wǎng)上查到的資料可以知道，iOS 設(shè)備會(huì)始終使用雙緩存，并開啟垂直同步。而安卓設(shè)備直到 4.1 版本，Google 才開始引入這種機(jī)制，目前安卓系統(tǒng)是三緩存+垂直同步。
卡頓產(chǎn)生的原因和解決方案
在 VSync 信號(hào)到來后，系統(tǒng)圖形服務(wù)會(huì)通過 CADisplayLink 等機(jī)制通知 App，App 主線程開始在 CPU 中計(jì)算顯示內(nèi)容，比如視圖的創(chuàng)建、布局計(jì)算、圖片解碼、文本繪制等。隨后 CPU 會(huì)將計(jì)算好的內(nèi)容提交到 GPU 去，由 GPU 進(jìn)行變換、合成、渲染。隨后 GPU 會(huì)把渲染結(jié)果提交到幀緩沖區(qū)去，等待下一次 VSync 信號(hào)到來時(shí)顯示到屏幕上。由于垂直同步的機(jī)制，如果在一個(gè) VSync 時(shí)間內(nèi)，CPU 或者 GPU 沒有完成內(nèi)容提交，則那一幀就會(huì)被丟棄，等待下一次機(jī)會(huì)再顯示，而這時(shí)顯示屏?xí)Ａ糁暗膬?nèi)容不變。這就是界面卡頓的原因。
從上面的圖中可以看到，CPU 和 GPU 不論哪個(gè)阻礙了顯示流程，都會(huì)造成掉幀現(xiàn)象。所以開發(fā)時(shí)，也需要分別對(duì) CPU 和 GPU 壓力進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。
CPU 資源消耗原因和解決方案
對(duì)象創(chuàng)建
對(duì)象的創(chuàng)建會(huì)分配內(nèi)存、調(diào)整屬性、甚至還有讀取文件等操作，比較消耗 CPU 資源。盡量用輕量的對(duì)象代替重量的對(duì)象，可以對(duì)性能有所優(yōu)化。比如 CALayer 比 UIView 要輕量許多，那么不需要響應(yīng)觸摸事件的控件，用 CALayer 顯示會(huì)更加合適。如果對(duì)象不涉及 UI 操作，則盡量放到后臺(tái)線程去創(chuàng)建，但可惜的是包含有 CALayer 的控件，都只能在主線程創(chuàng)建和操作。通過 Storyboard 創(chuàng)建視圖對(duì)象時(shí)，其資源消耗會(huì)比直接通過代碼創(chuàng)建對(duì)象要大非常多，在性能敏感的界面里，Storyboard 并不是一個(gè)好的技術(shù)選擇。
盡量推遲對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)間，并把對(duì)象的創(chuàng)建分散到多個(gè)任務(wù)中去。盡管這實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩，并且?guī)淼膬?yōu)勢(shì)并不多，但如果有能力做，還是要盡量嘗試一下。如果對(duì)象可以復(fù)用，并且復(fù)用的代價(jià)比釋放、創(chuàng)建新對(duì)象要小，那么這類對(duì)象應(yīng)當(dāng)盡量放到一個(gè)緩存池里復(fù)用。
對(duì)象調(diào)整
對(duì)象的調(diào)整也經(jīng)常是消耗 CPU 資源的地方。這里特別說一下 CALayer：CALayer 內(nèi)部并沒有屬性，當(dāng)調(diào)用屬性方法時(shí)，它內(nèi)部是通過運(yùn)行時(shí) resolveInstanceMethod 為對(duì)象臨時(shí)添加一個(gè)方法，并把對(duì)應(yīng)屬性值保存到內(nèi)部的一個(gè) Dictionary 里，同時(shí)還會(huì)通知 delegate、創(chuàng)建動(dòng)畫等等，非常消耗資源。UIView 的關(guān)于顯示相關(guān)的屬性（比如 frame/bounds/transform）等實(shí)際上都是 CALayer 屬性映射來的，所以對(duì) UIView 的這些屬性進(jìn)行調(diào)整時(shí)，消耗的資源要遠(yuǎn)大于一般的屬性。對(duì)此你在應(yīng)用中，應(yīng)該盡量減少不必要的屬性修改。
當(dāng)視圖層次調(diào)整時(shí)，UIView、CALayer 之間會(huì)出現(xiàn)很多方法調(diào)用與通知，所以在優(yōu)化性能時(shí)，應(yīng)該盡量避免調(diào)整視圖層次、添加和移除視圖。
對(duì)象銷毀
對(duì)象的銷毀雖然消耗資源不多，但累積起來也是不容忽視的。通常當(dāng)容器類持有大量對(duì)象時(shí)，其銷毀時(shí)的資源消耗就非常明顯。同樣的，如果對(duì)象可以放到后臺(tái)線程去釋放，那就挪到后臺(tái)線程去。這里有個(gè)小 Tip：把對(duì)象捕獲到 block 中，然后扔到后臺(tái)隊(duì)列去隨便發(fā)送個(gè)消息以避免編譯器警告，就可以讓對(duì)象在后臺(tái)線程銷毀了。
NSArray *tmp = self.array;
self.array = nil;
dispatch_async(queue, ^{
[tmp class];
});
布局計(jì)算
視圖布局的計(jì)算是 App 中最為常見的消耗 CPU 資源的地方。如果能在后臺(tái)線程提前計(jì)算好視圖布局、并且對(duì)視圖布局進(jìn)行緩存，那么這個(gè)地方基本就不會(huì)產(chǎn)生性能問題了。
不論通過何種技術(shù)對(duì)視圖進(jìn)行布局，其最終都會(huì)落到對(duì) UIView.frame/bounds/center 等屬性的調(diào)整上。上面也說過，對(duì)這些屬性的調(diào)整非常消耗資源，所以盡量提前計(jì)算好布局，在需要時(shí)一次性調(diào)整好對(duì)應(yīng)屬性，而不要多次、頻繁的計(jì)算和調(diào)整這些屬性。
Autolayout
Autolayout 是蘋果本身提倡的技術(shù)，在大部分情況下也能很好的提升開發(fā)效率，但是 Autolayout 對(duì)于復(fù)雜視圖來說常常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問題。隨著視圖數(shù)量的增長(zhǎng)，Autolayout 帶來的 CPU 消耗會(huì)呈指數(shù)級(jí)上升。 如果你不想手動(dòng)調(diào)整 frame 等屬性，你可以用一些工具方法替代（比如常見的 left/right/top/bottom/width/height 快捷屬性），或者使用 ComponentKit、AsyncDisplayKit 等框架。
文本計(jì)算
如果一個(gè)界面中包含大量文本（比如微博微信朋友圈等），文本的寬高計(jì)算會(huì)占用很大一部分資源，并且不可避免。如果你對(duì)文本顯示沒有特殊要求，可以參考下 UILabel 內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)方式：用 [NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:] 來計(jì)算文本寬高，用 -[NSAttributedString drawWithRect:options:context:] 來繪制文本。盡管這兩個(gè)方法性能不錯(cuò)，但仍舊需要放到后臺(tái)線程進(jìn)行以避免阻塞主線程。
如果你用 CoreText 繪制文本，那就可以先生成 CoreText 排版對(duì)象，然后自己計(jì)算了，并且 CoreText 對(duì)象還能保留以供稍后繪制使用。
文本渲染
屏幕上能看到的所有文本內(nèi)容控件，包括 UIWebView，在底層都是通過 CoreText 排版、繪制為 Bitmap 顯示的。常見的文本控件 （UILabel、UITextView 等），其排版和繪制都是在主線程進(jìn)行的，當(dāng)顯示大量文本時(shí)，CPU 的壓力會(huì)非常大。對(duì)此解決方案只有一個(gè)，那就是自定義文本控件，用 TextKit 或最底層的 CoreText 對(duì)文本異步繪制。盡管這實(shí)現(xiàn)起來非常麻煩，但其帶來的優(yōu)勢(shì)也非常大，CoreText 對(duì)象創(chuàng)建好后，能直接獲取文本的寬高等信息，避免了多次計(jì)算（調(diào)整 UILabel 大小時(shí)算一遍、UILabel 繪制時(shí)內(nèi)部再算一遍）；CoreText 對(duì)象占用內(nèi)存較少，可以緩存下來以備稍后多次渲染。
圖片的解碼
當(dāng)你用 UIImage 或 CGImageSource 的那幾個(gè)方法創(chuàng)建圖片時(shí)，圖片數(shù)據(jù)并不會(huì)立刻解碼。圖片設(shè)置到 UIImageView 或者 CALayer.contents 中去，并且 CALayer 被提交到 GPU 前，CGImage 中的數(shù)據(jù)才會(huì)得到解碼。這一步是發(fā)生在主線程的，并且不可避免。如果想要繞開這個(gè)機(jī)制，常見的做法是在后臺(tái)線程先把圖片繪制到 CGBitmapContext 中，然后從 Bitmap 直接創(chuàng)建圖片。目前常見的網(wǎng)絡(luò)圖片庫(kù)都自帶這個(gè)功能。
圖像的繪制
圖像的繪制通常是指用那些以 CG 開頭的方法把圖像繪制到畫布中，然后從畫布創(chuàng)建圖片并顯示這樣一個(gè)過程。這個(gè)最常見的地方就是 [UIView drawRect:] 里面了。由于 CoreGraphic 方法通常都是線程安全的，所以圖像的繪制可以很容易的放到后臺(tái)線程進(jìn)行。一個(gè)簡(jiǎn)單異步繪制的過程大致如下（實(shí)際情況會(huì)比這個(gè)復(fù)雜得多，但原理基本一致）：
- (void)display {
dispatch_async(backgroundQueue, ^{
CGContextRef ctx = CGBitmapContextCreate(...);
// draw in context...
CGImageRef img = CGBitmapContextCreateImage(ctx);
CFRelease(ctx);
dispatch_async(mainQueue, ^{
layer.contents = img;
});
});
}
GPU 資源消耗原因和解決方案
相對(duì)于 CPU 來說，GPU 能干的事情比較單一：接收提交的紋理（Texture）和頂點(diǎn)描述（三角形），應(yīng)用變換（transform）、混合并渲染，然后輸出到屏幕上。通常你所能看到的內(nèi)容，主要也就是紋理（圖片）和形狀（三角模擬的矢量圖形）兩類。
紋理的渲染
所有的 Bitmap，包括圖片、文本、柵格化的內(nèi)容，最終都要由內(nèi)存提交到顯存，綁定為 GPU Texture。不論是提交到顯存的過程，還是 GPU 調(diào)整和渲染 Texture 的過程，都要消耗不少 GPU 資源。當(dāng)在較短時(shí)間顯示大量圖片時(shí)（比如 TableView 存在非常多的圖片并且快速滑動(dòng)時(shí)），CPU 占用率很低，GPU 占用非常高，界面仍然會(huì)掉幀。避免這種情況的方法只能是盡量減少在短時(shí)間內(nèi)大量圖片的顯示，盡可能將多張圖片合成為一張進(jìn)行顯示。
當(dāng)圖片過大，超過 GPU 的最大紋理尺寸時(shí)，圖片需要先由 CPU 進(jìn)行預(yù)處理，這對(duì) CPU 和 GPU 都會(huì)帶來額外的資源消耗。目前來說，iPhone 4S 以上機(jī)型，紋理尺寸上限都是 4096×4096，更詳細(xì)的資料可以看這里：iosres.com。所以，盡量不要讓圖片和視圖的大小超過這個(gè)值。
視圖的混合 (Composing)
當(dāng)多個(gè)視圖（或者說 CALayer）重疊在一起顯示時(shí)，GPU 會(huì)首先把他們混合到一起。如果視圖結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，混合的過程也會(huì)消耗很多 GPU 資源。為了減輕這種情況的 GPU 消耗，應(yīng)用應(yīng)當(dāng)盡量減少視圖數(shù)量和層次，并在不透明的視圖里標(biāo)明 opaque 屬性以避免無用的 Alpha 通道合成。當(dāng)然，這也可以用上面的方法，把多個(gè)視圖預(yù)先渲染為一張圖片來顯示。
圖形的生成。
CALayer 的 border、圓角、陰影、遮罩（mask），CASharpLayer 的矢量圖形顯示，通常會(huì)觸發(fā)離屏渲染（offscreen rendering），而離屏渲染通常發(fā)生在 GPU 中。當(dāng)一個(gè)列表視圖中出現(xiàn)大量圓角的 CALayer，并且快速滑動(dòng)時(shí)，可以觀察到 GPU 資源已經(jīng)占滿，而 CPU 資源消耗很少。這時(shí)界面仍然能正常滑動(dòng)，但平均幀數(shù)會(huì)降到很低。為了避免這種情況，可以嘗試開啟 CALayer.shouldRasterize 屬性，但這會(huì)把原本離屏渲染的操作轉(zhuǎn)嫁到 CPU 上去。對(duì)于只需要圓角的某些場(chǎng)合，也可以用一張已經(jīng)繪制好的圓角圖片覆蓋到原本視圖上面來模擬相同的視覺效果。最徹底的解決辦法，就是把需要顯示的圖形在后臺(tái)線程繪制為圖片，避免使用圓角、陰影、遮罩等屬性。
AsyncDisplayKit
AsyncDisplayKit 是 Facebook 開源的一個(gè)用于保持 iOS 界面流暢的庫(kù)，我從中學(xué)到了很多東西，所以下面我會(huì)花較大的篇幅來對(duì)其進(jìn)行介紹和分析。
ASDK 的基本原理
ASDK 認(rèn)為，阻塞主線程的任務(wù)，主要分為上面這三大類。文本和布局的計(jì)算、渲染、解碼、繪制都可以通過各種方式異步執(zhí)行，但 UIKit 和 Core Animation 相關(guān)操作必需在主線程進(jìn)行。ASDK 的目標(biāo)，就是盡量把這些任務(wù)從主線程挪走，而挪不走的，就盡量?jī)?yōu)化性能。
為了達(dá)成這一目標(biāo)，ASDK 嘗試對(duì) UIKit 組件進(jìn)行封裝：
這是常見的 UIView 和 CALayer 的關(guān)系：View 持有 Layer 用于顯示，View 中大部分顯示屬性實(shí)際是從 Layer 映射而來；Layer 的 delegate 在這里是 View，當(dāng)其屬性改變、動(dòng)畫產(chǎn)生時(shí)，View 能夠得到通知。UIView 和 CALayer 不是線程安全的，并且只能在主線程創(chuàng)建、訪問和銷毀。
ASDK 為此創(chuàng)建了 ASDisplayNode 類，包裝了常見的視圖屬性（比如 frame/bounds/alpha/transform/backgroundColor/superNode/subNodes 等），然后它用 UIView->CALayer 相同的方式，實(shí)現(xiàn)了 ASNode->UIView 這樣一個(gè)關(guān)系。
當(dāng)不需要響應(yīng)觸摸事件時(shí)，ASDisplayNode 可以被設(shè)置為 layer backed，即 ASDisplayNode 充當(dāng)了原來 UIView 的功能，節(jié)省了更多資源。
與 UIView 和 CALayer 不同，ASDisplayNode 是線程安全的，它可以在后臺(tái)線程創(chuàng)建和修改。Node 剛創(chuàng)建時(shí)，并不會(huì)在內(nèi)部新建 UIView 和 CALayer，直到第一次在主線程訪問 view 或 layer 屬性時(shí)，它才會(huì)在內(nèi)部生成對(duì)應(yīng)的對(duì)象。當(dāng)它的屬性（比如frame/transform）改變后，它并不會(huì)立刻同步到其持有的 view 或 layer 去，而是把被改變的屬性保存到內(nèi)部的一個(gè)中間變量，稍后在需要時(shí)，再通過某個(gè)機(jī)制一次性設(shè)置到內(nèi)部的 view 或 layer。
通過模擬和封裝 UIView/CALayer，開發(fā)者可以把代碼中的 UIView 替換為 ASNode，很大的降低了開發(fā)和學(xué)習(xí)成本，同時(shí)能獲得 ASDK 底層大量的性能優(yōu)化。為了方便使用， ASDK 把大量常用控件都封裝成了 ASNode 的子類，比如 Button、Control、Cell、Image、ImageView、Text、TableView、CollectionView 等。利用這些控件，開發(fā)者可以盡量避免直接使用 UIKit 相關(guān)控件，以獲得更完整的性能提升。
ASDK 的圖層預(yù)合成
有時(shí)一個(gè) layer 會(huì)包含很多 sub-layer，而這些 sub-layer 并不需要響應(yīng)觸摸事件，也不需要進(jìn)行動(dòng)畫和位置調(diào)整。ASDK 為此實(shí)現(xiàn)了一個(gè)被稱為 pre-composing 的技術(shù)，可以把這些 sub-layer 合成渲染為一張圖片。開發(fā)時(shí)，ASNode 已經(jīng)替代了 UIView 和 CALayer；直接使用各種 Node 控件并設(shè)置為 layer backed 后，ASNode 甚至可以通過預(yù)合成來避免創(chuàng)建內(nèi)部的 UIView 和 CALayer。
通過這種方式，把一個(gè)大的層級(jí)，通過一個(gè)大的繪制方法繪制到一張圖上，性能會(huì)獲得很大提升。CPU 避免了創(chuàng)建 UIKit 對(duì)象的資源消耗，GPU 避免了多張 texture 合成和渲染的消耗，更少的 bitmap 也意味著更少的內(nèi)存占用。
ASDK 異步并發(fā)操作
自 iPhone 4S 起，iDevice 已經(jīng)都是雙核 CPU 了，現(xiàn)在的 iPad 甚至已經(jīng)更新到 3 核了。充分利用多核的優(yōu)勢(shì)、并發(fā)執(zhí)行任務(wù)對(duì)保持界面流暢有很大作用。ASDK 把布局計(jì)算、文本排版、圖片/文本/圖形渲染等操作都封裝成較小的任務(wù)，并利用 GCD 異步并發(fā)執(zhí)行。如果開發(fā)者使用了 ASNode 相關(guān)的控件，那么這些并發(fā)操作會(huì)自動(dòng)在后臺(tái)進(jìn)行，無需進(jìn)行過多配置。
Runloop 任務(wù)分發(fā)
Runloop work distribution 是 ASDK 比較核心的一個(gè)技術(shù)，ASDK 的介紹視頻和文檔中都沒有詳細(xì)展開介紹，所以這里我會(huì)多做一些分析
iOS 的顯示系統(tǒng)是由 VSync 信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，VSync 信號(hào)由硬件時(shí)鐘生成，每秒鐘發(fā)出 60 次（這個(gè)值取決設(shè)備硬件，比如 iPhone 真機(jī)上通常是 59.97）。iOS 圖形服務(wù)接收到 VSync 信號(hào)后，會(huì)通過 IPC 通知到 App 內(nèi)。App 的 Runloop 在啟動(dòng)后會(huì)注冊(cè)對(duì)應(yīng)的 CFRunLoopSource 通過 mach_port 接收傳過來的時(shí)鐘信號(hào)通知，隨后 Source 的回調(diào)會(huì)驅(qū)動(dòng)整個(gè) App 的動(dòng)畫與顯示。
Core Animation 在 RunLoop 中注冊(cè)了一個(gè) Observer，監(jiān)聽了 BeforeWaiting 和 Exit 事件。這個(gè) Observer 的優(yōu)先級(jí)是 2000000，低于常見的其他 Observer。當(dāng)一個(gè)觸摸事件到來時(shí)，RunLoop 被喚醒，App 中的代碼會(huì)執(zhí)行一些操作，比如創(chuàng)建和調(diào)整視圖層級(jí)、設(shè)置 UIView 的 frame、修改 CALayer 的透明度、為視圖添加一個(gè)動(dòng)畫；這些操作最終都會(huì)被 CALayer 捕獲，并通過 CATransaction 提交到一個(gè)中間狀態(tài)去（CATransaction 的文檔略有提到這些內(nèi)容，但并不完整）。當(dāng)上面所有操作結(jié)束后，RunLoop 即將進(jìn)入休眠（或者退出）時(shí)，關(guān)注該事件的 Observer 都會(huì)得到通知。這時(shí) CA 注冊(cè)的那個(gè) Observer 就會(huì)在回調(diào)中，把所有的中間狀態(tài)合并提交到 GPU 去顯示；如果此處有動(dòng)畫，CA 會(huì)通過 DisplayLink 等機(jī)制多次觸發(fā)相關(guān)流程。
ASDK 在此處模擬了 Core Animation 的這個(gè)機(jī)制：所有針對(duì) ASNode 的修改和提交，總有些任務(wù)是必需放入主線程執(zhí)行的。當(dāng)出現(xiàn)這種任務(wù)時(shí)，ASNode 會(huì)把任務(wù)用 ASAsyncTransaction(Group) 封裝并提交到一個(gè)全局的容器去。ASDK 也在 RunLoop 中注冊(cè)了一個(gè) Observer，監(jiān)視的事件和 CA 一樣，但優(yōu)先級(jí)比 CA 要低。當(dāng) RunLoop 進(jìn)入休眠前、CA 處理完事件后，ASDK 就會(huì)執(zhí)行該 loop 內(nèi)提交的所有任務(wù)。
通過這種機(jī)制，ASDK 可以在合適的機(jī)會(huì)把異步、并發(fā)的操作同步到主線程去，并且能獲得不錯(cuò)的性能。
其他
ASDK 中還有封裝很多高級(jí)的功能，比如滑動(dòng)列表的預(yù)加載、V2.0添加的新的布局模式等。ASDK 是一個(gè)很龐大的庫(kù)，它本身并不推薦你把整個(gè) App 全部都改為 ASDK 驅(qū)動(dòng)，把最需要提升交互性能的地方用 ASDK 進(jìn)行優(yōu)化就足夠了。
微博 Demo 性能優(yōu)化技巧
我為了演示 YYKit 的功能，實(shí)現(xiàn)了微博和 Twitter 的 Demo，并為它們做了不少性能優(yōu)化，下面就是優(yōu)化時(shí)用到的一些技巧。
預(yù)排版
當(dāng)獲取到 API JSON 數(shù)據(jù)后，我會(huì)把每條 Cell 需要的數(shù)據(jù)都在后臺(tái)線程計(jì)算并封裝為一個(gè)布局對(duì)象 CellLayout。CellLayout 包含所有文本的 CoreText 排版結(jié)果、Cell 內(nèi)部每個(gè)控件的高度、Cell 的整體高度。每個(gè) CellLayout 的內(nèi)存占用并不多，所以當(dāng)生成后，可以全部緩存到內(nèi)存，以供稍后使用。這樣，TableView 在請(qǐng)求各個(gè)高度函數(shù)時(shí)，不會(huì)消耗任何多余計(jì)算量；當(dāng)把 CellLayout 設(shè)置到 Cell 內(nèi)部時(shí)，Cell 內(nèi)部也不用再計(jì)算布局了。
對(duì)于通常的 TableView 來說，提前在后臺(tái)計(jì)算好布局結(jié)果是非常重要的一個(gè)性能優(yōu)化點(diǎn)。為了達(dá)到最高性能，你可能需要犧牲一些開發(fā)速度，不要用 Autolayout 等技術(shù)，少用 UILabel 等文本控件。但如果你對(duì)性能的要求并不那么高，可以嘗試用 TableView 的預(yù)估高度的功能，并把每個(gè) Cell 高度緩存下來。這里有個(gè)來自百度知道團(tuán)隊(duì)的開源項(xiàng)目可以很方便的幫你實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：FDTemplateLayoutCell。
預(yù)渲染
微博的頭像在某次改版中換成了圓形，所以我也跟進(jìn)了一下。當(dāng)頭像下載下來后，我會(huì)在后臺(tái)線程將頭像預(yù)先渲染為圓形并單獨(dú)保存到一個(gè) ImageCache 中去。
對(duì)于 TableView 來說，Cell 內(nèi)容的離屏渲染會(huì)帶來較大的 GPU 消耗。在 Twitter Demo 中，我為了圖省事兒用到了不少 layer 的圓角屬性，你可以在低性能的設(shè)備（比如 iPad 3）上快速滑動(dòng)一下這個(gè)列表，能感受到雖然列表并沒有較大的卡頓，但是整體的平均幀數(shù)降了下來。用 Instument 查看時(shí)能夠看到 GPU 已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而 CPU 卻比較清閑。為了避免離屏渲染，你應(yīng)當(dāng)盡量避免使用 layer 的 border、corner、shadow、mask 等技術(shù)，而盡量在后臺(tái)線程預(yù)先繪制好對(duì)應(yīng)內(nèi)容。
異步繪制
我只在顯示文本的控件上用到了異步繪制的功能，但效果很不錯(cuò)。我參考 ASDK 的原理，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的異步繪制控件。這塊代碼我單獨(dú)提取出來，放到了這里：YYAsyncLayer。YYAsyncLayer 是 CALayer 的子類，當(dāng)它需要顯示內(nèi)容（比如調(diào)用了 [layer setNeedDisplay]）時(shí)，它會(huì)向 delegate，也就是 UIView 請(qǐng)求一個(gè)異步繪制的任務(wù)。在異步繪制時(shí)，Layer 會(huì)傳遞一個(gè) BOOL(^isCancelled)() 這樣的 block，繪制代碼可以隨時(shí)調(diào)用該 block 判斷繪制任務(wù)是否已經(jīng)被取消。
當(dāng) TableView 快速滑動(dòng)時(shí)，會(huì)有大量異步繪制任務(wù)提交到后臺(tái)線程去執(zhí)行。但是有時(shí)滑動(dòng)速度過快時(shí)，繪制任務(wù)還沒有完成就可能已經(jīng)被取消了。如果這時(shí)仍然繼續(xù)繪制，就會(huì)造成大量的 CPU 資源浪費(fèi)，甚至阻塞線程并造成后續(xù)的繪制任務(wù)遲遲無法完成。我的做法是盡量快速、提前判斷當(dāng)前繪制任務(wù)是否已經(jīng)被取消；在繪制每一行文本前，我都會(huì)調(diào)用 isCancelled() 來進(jìn)行判斷，保證被取消的任務(wù)能及時(shí)退出，不至于影響后續(xù)操作。
目前有些第三方微博客戶端（比如 VVebo、墨客等），使用了一種方式來避免高速滑動(dòng)時(shí) Cell 的繪制過程，相關(guān)實(shí)現(xiàn)見這個(gè)項(xiàng)目：VVeboTableViewDemo。它的原理是，當(dāng)滑動(dòng)時(shí)，松開手指后，立刻計(jì)算出滑動(dòng)停止時(shí) Cell 的位置，并預(yù)先繪制那個(gè)位置附近的幾個(gè) Cell，而忽略當(dāng)前滑動(dòng)中的 Cell。這個(gè)方法比較有技巧性，并且對(duì)于滑動(dòng)性能來說提升也很大，唯一的缺點(diǎn)就是快速滑動(dòng)中會(huì)出現(xiàn)大量空白內(nèi)容。如果你不想實(shí)現(xiàn)比較麻煩的異步繪制但又想保證滑動(dòng)的流暢性，這個(gè)技巧是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
全局并發(fā)控制
當(dāng)我用 concurrent queue 來執(zhí)行大量繪制任務(wù)時(shí)，偶爾會(huì)遇到這種問題：
大量的任務(wù)提交到后臺(tái)隊(duì)列時(shí)，某些任務(wù)會(huì)因?yàn)槟承┰颍ù颂幨?CGFont 鎖）被鎖住導(dǎo)致線程休眠，或者被阻塞，concurrent queue 隨后會(huì)創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)這種情況變多時(shí)，或者 App 中使用了大量 concurrent queue 來執(zhí)行較多任務(wù)時(shí)，App 在同一時(shí)刻就會(huì)存在幾十個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行、創(chuàng)建、銷毀。CPU 是用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)線程并發(fā)的，盡管 concurrent queue 能控制線程的優(yōu)先級(jí)，但當(dāng)大量線程同時(shí)創(chuàng)建運(yùn)行銷毀時(shí)，這些操作仍然會(huì)擠占掉主線程的 CPU 資源。ASDK 有個(gè) Feed 列表的 Demo：SocialAppLayout，當(dāng)列表內(nèi) Cell 過多，并且非?？焖俚幕瑒?dòng)時(shí)，界面仍然會(huì)出現(xiàn)少量卡頓，我謹(jǐn)慎的猜測(cè)可能與這個(gè)問題有關(guān)。
使用 concurrent queue 時(shí)不可避免會(huì)遇到這種問題，但使用 serial queue 又不能充分利用多核 CPU 的資源。我寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的工具 YYDispatchQueuePool，為不同優(yōu)先級(jí)創(chuàng)建和 CPU 數(shù)量相同的 serial queue，每次從 pool 中獲取 queue 時(shí)，會(huì)輪詢返回其中一個(gè) queue。我把 App 內(nèi)所有異步操作，包括圖像解碼、對(duì)象釋放、異步繪制等，都按優(yōu)先級(jí)不同放入了全局的 serial queue 中執(zhí)行，這樣盡量避免了過多線程導(dǎo)致的性能問題。
更高效的異步圖片加載
SDWebImage 在這個(gè) Demo 里仍然會(huì)產(chǎn)生少量性能問題，并且有些地方不能滿足我的需求，所以我自己實(shí)現(xiàn)了一個(gè)性能更高的圖片加載庫(kù)。在顯示簡(jiǎn)單的單張圖片時(shí)，利用 UIView.layer.contents 就足夠了，沒必要使用 UIImageView 帶來額外的資源消耗，為此我在 CALayer 上添加了 setImageWithURL 等方法。除此之外，我還把圖片解碼等操作通過 YYDispatchQueuePool 進(jìn)行管理，控制了 App 總線程數(shù)量。
其他可以改進(jìn)的地方
上面這些優(yōu)化做完后，微博 Demo 已經(jīng)非常流暢了，但在我的設(shè)想中，仍然有一些進(jìn)一步優(yōu)化的技巧，但限于時(shí)間和精力我并沒有實(shí)現(xiàn)，下面簡(jiǎn)單列一下：
列表中有不少視覺元素并不需要觸摸事件，這些元素可以用 ASDK 的圖層合成技術(shù)預(yù)先繪制為一張圖。
再進(jìn)一步減少每個(gè) Cell 內(nèi)圖層的數(shù)量，用 CALayer 替換掉 UIView。
目前每個(gè) Cell 的類型都是相同的，但顯示的內(nèi)容卻各部一樣，比如有的 Cell 有圖片，有的 Cell 里是卡片。把 Cell 按類型劃分，進(jìn)一步減少 Cell 內(nèi)不必要的視圖對(duì)象和操作，應(yīng)該能有一些效果。
把需要放到主線程執(zhí)行的任務(wù)劃分為足夠小的塊，并通過 Runloop 來進(jìn)行調(diào)度，在每個(gè) Loop 里判斷下一次 VSync 的時(shí)間，并在下次 VSync 到來前，把當(dāng)前未執(zhí)行完的任務(wù)延遲到下一個(gè)機(jī)會(huì)去。這個(gè)只是我的一個(gè)設(shè)想，并不一定能實(shí)現(xiàn)或起作用。
如何評(píng)測(cè)界面的流暢度
最后還是要提一下，“過早的優(yōu)化是萬(wàn)惡之源”，在需求未定，性能問題不明顯時(shí)，沒必要嘗試做優(yōu)化，而要盡量正確的實(shí)現(xiàn)功能。做性能優(yōu)化時(shí)，也最好是走修改代碼 -> Profile -> 修改代碼這樣一個(gè)流程，優(yōu)先解決最值得優(yōu)化的地方。
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