iOS問題整理08----效能優化

根本停不下來發表於2018-08-07
iOS優化

本篇主要解決的問題

  • 優化你是從哪幾方面著手？
  • 在螢幕成像的過程中，CPU 和 GPU 分別負責處理哪些事情？針對介面的流暢度可以做什麼優化？
  • 如何減少啟動時間？
  • 安裝包如何瘦身？

優化你是從哪幾方面著手？

  • 記憶體優化
  • 卡頓優化
  • 耗電優化
    • 降低 CPU、GPU 功耗
    • 少用定時器
    • 優化 I/O 操作
      • 儘量不要頻繁寫入小資料，最好批量一次性寫入
      • 讀寫大量重要資料時，考慮使用dispatch_io，其提供了基於 GCD 的非同步操作檔案 I/O 的 API。用 dispatch_io 系統會優化磁碟訪問
      • 資料量比較大的，建議使用資料庫（比如 SQLite、CoreDota）
    • 網路優化
      • 減少、壓縮網路資料，比如 XML 換成 JSON，現在也有公司在 protobuf，比如上傳的檔案壓縮之後再傳
      • 多次請求結果是相同的，儘量使用快取，NSCache
      • 儘量使用斷點續傳，避免重複下載
      • 網路不可用的時候，不要嘗試執行網路請求
      • 設定合適的超時時間
    • 定位優化
    • 硬體檢測優化
      • 使用者移動、搖晃、傾斜裝置時，會產生動作（motion）事件，這些事件由加速計、陀螺儀、磁力計等硬體檢測。在不需要檢測的場合，應該及時關閉這些硬體。
  • 啟動時間優化
  • 安裝包大小優化

在螢幕成像的過程中，CPU 和 GPU 分別負責處理哪些事情？針對介面的流暢度可以做什麼優化？

螢幕上的任何內容要想顯示出來，都需要經過 CPU 和 GPU 的處理:

  • CPU 計算好數後提交給 GPU
  • GPU 對計算好的資料進行渲染，渲染成能顯示的資料並後放入幀快取
  • 視訊控制器器按照 VSync 訊號逐行讀取緩衝區中資料，經過數模轉換後傳遞給顯示器顯示

雙緩衝區機制

為解決效率問題，iOS 使用的是雙緩衝區機制。GPU 會先渲染好一幀放入一個緩衝區，供視訊控制器讀取；GPU 的下一幀渲染好之後會放入另一個緩衝區，這時視訊控制器的指標會指向這一個緩衝區。這樣做的弊端是：如果視訊控制器在讀取的過程中（即螢幕只顯示了一部分），GPU 完成了新一幀的繪製，那麼就會造成畫面撕裂的現象。為解決這個問題引入了 VSync 機制，當視屏控制器讀取完一幀之後才會發出 VSync 訊號，GPU 才會繪製新的一幀，完成後緩衝區才會更新。

按照 60FPS 的幀率，每隔 16ms 就會有一次 VSync 訊號。

卡頓的原因

當 VSync 訊號到來時，系統通過 CADisplayLink 等機制通知 App，App 開始在 CPU 中計算顯示內容並提交給 GPU，GPU 完成渲染後提交給緩衝區。

如果在這個過程中由來了第二個 VSync 訊號，也就是說 CPU 或者 GPU 的計算時間過長，在第二個垂直同步訊號來之前還沒有往緩衝區提交新內容。那麼，螢幕會保留之前的顯示內容，正在計算的這一幀，會等待下一次機會才能顯示。

這就是丟幀。就是說，卡頓的原因就是 CPU 或者 GPU 的計算時間過長，導致當垂直同步訊號到來時還沒有往雙緩衝區提交新的內容，螢幕會保留之前的內容，新內容只能等下一個垂直同步訊號才有機會顯示。

示意圖如下：

iOS問題整理08----效能優化

瞭解了上面的過程，我們就知道卡頓優化主要是要針對 CPU 與 GPU 進行優化。

CPU （Central Processing Unit，中央處理器）功能及優化

  • 物件的建立和銷燬
    • 儘量使用輕量級物件。比如在不需要響應觸控事件的時候使用 CALayer 代替 UIView
    • 使用 xib 會更消耗效能，在效能非常敏感的介面，可以放棄使用 xib
    • 儘量推遲物件的建立，把物件的建立分散到多個任務中去
  • 物件屬性的調整
    • UIView 的屬性調整遠大於一般物件的屬性調整，要儘量減少屬性的的調整
    • 儘量避免調整檢視的層次、新增和移除檢視
  • 佈局計算
    • UIView 屬性調整已經很消耗效能了，如果再修改frame、bounds、transform等屬性，那麼 CPU 和 GPU 又會重新計算和渲染，更消耗效能了，所以這些屬性要儘量減少調整次數。
    • AutoLayout 的帶來的 CPU 消耗會隨著檢視數量的增長呈指數級增長。
    • UIImageView 的 size 最好與圖片的大小保持一致（避免更多計算）
  • 文字的計算和排版
    • 如果介面中有大量文字，那麼文字的寬高計算也會消耗大量資源。可以將寬高計算與繪製文字放到子執行緒中去處理。
  • 圖片的格式轉換和解碼
    • UIImage 建立圖片的時候，圖片並不會立即解碼，而是在 CALayer 提交到 GPU 的前一刻才進行解碼，這一步是在主執行緒中。要想繞開這個機制，常見的做法是自己在子執行緒中進行解碼，常見的第三方庫都有這個功能。
  • 影象的繪製（Core Graphics）
    • 一些以 CG 開頭的繪製影象的方法也可以放到子執行緒中去

GPU （Graphics Processing Unit，圖形處理器）及優化

  • 紋理的渲染
    • 儘量避免短時間內大量圖片的顯示，可以將多張圖片合成一張圖片
    • GPU 能處理的最大紋理尺寸是 4096x4096 一旦超過這個值，就會佔用 CPU 的資源進行處理
    • 減少檢視層級
    • 儘量避免透明度小於 1 的檢視
    • 儘量避免離屏渲染、離屏渲染更詳細
      • 觸發離屏渲染的操作
        • 主動觸發：光柵化 layer.shouldRasterize
        • layer.shadow、layer.mask、layer.border、layer 設定圓角
        • 重寫記憶體惡鬼 drawRect: 方法時，檢視只要設定背景顏色，也會觸發離屏渲染
        • CAShapeLayer 的向量圖形顯示
        • Core Graphics API (核心繪圖)的繪製操作會導致 CPU 的離屏渲染。
      • 如何高效設定 ImageView 的圓角

卡頓檢測

  • 新增 Observer 到主執行緒 RunLoop 中，通過監聽 RunLoop 狀態切換的好時，以達到監控卡頓的目的。點選這裡檢視高清大圖。

你在專案中是怎麼優化記憶體的？

tableview 卡頓的原因可能又哪些？你平時是怎麼優化的？

如何減少啟動時間？

APP 的啟動分為兩種：

  • 冷啟動：從零啟動
  • 熱啟動：APP 已經在記憶體中，在後臺活著，再次點選 APP 啟動 APP

APP 的啟動時間主要是針對冷啟動來說的。啟動時間主要由main()之前和main()之後兩部分組成。

分析main()之前的時間消耗

在 Edit scheme -> Run -> Arguments 中新增環境變數 DYLD_PRINT_STATISTICS 且設定值為 1。(按下 cmd + shift + , 快捷撥出 Edit scheme )

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現在啟動程式就可以看到列印出來的資訊了。

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如果設定 DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS 為 1，可以看到更詳細的資訊。

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APP 的啟動過程可以分為如圖所示的三大階段：dyld 階段、runtime 階段、main 階段

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啟動 APP 時，dyld 做的事情有：(dyld ,dynamic link editor, Apple 的動態聯結器，可以用來裝載 Mach-O 檔案,可執行檔案、動態庫等都屬於 Mach-O 檔案)

  • 裝載 APP 的可執行檔案，同時會遞迴載入所有依賴的動態庫
  • 當 dyld 把可執行檔案、動態庫都裝載完畢後，會通知 runtime 進行下一步的處理。

啟動APP時，runtime 所做的事情有：

  • 呼叫 map_images 進行可執行檔案內容的解析和處理
  • 在 load_images 中呼叫 call_load_methods，呼叫所有 Class 和 Category 的 +load 方法
  • 進行各種 objc 結構的初始化（註冊 objc 類、初始化類物件等等）
  • 呼叫 C++ 靜態初始化器和 __attribute__((constructor))修飾的函式

到此為止，可執行檔案和動態庫中所有的符號(Class, Protocol, Selector, IMP,...)都已經按格式成功載入到記憶體中，被 runtime 所管理。

main() 階段：

main 函式的實現很簡單，如下:

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}
複製程式碼

當程式碼走到 UIApplicationMain 函式時，就會走到 Appdelegate 類裡。然後就會呼叫 application:didFinishLaunchingWithOptions:。

App啟動過程中每一個步驟都會影響啟動效能，但是有些部分所消耗的時間少之又少，另外有些部分根本無法避免，考慮到投入產出比，我們只列出我們可以優化的部分：

  • dyld
    • 減少動態庫（定期清理不必要的動態庫）
    • 減少 Objc 類、分類的數量（定期清理不必要的類、分類）
    • 減少 C++ 虛擬函式數量
    • Swift 儘量使用 struct
  • runtime
    • 儘量不要用到 +load 方法
    • 儘量不要用到__attribute__((constructor))的C函式
    • 也儘量不要用到C++的靜態物件
  • main
    • 在不影響使用者體驗的前提下，儘可能將一些操作延遲，不要全部都放在 finishLaunching 方法中
    • 按需載入

安裝包如何瘦身？

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