iOS性能优化总结

总结一下平时优化app性能用到的方法

1.合理的分配线程,不要滥用多线程。开辟线程,以及线程之间的上下文切换是消耗内存的,主线程会占用1MB的内存空间,子线程会占用512KB的内存空间。但是注意,凡事涉及到UI操作的,一定要放回主线程做,不然会引发崩溃。

2.预加载以及延迟加载。预处理,是将初次显示需要耗费大量线程时间的操作,提前放到后台线程进行计算,再将结果数据拿来显示。延时加载,是指首先加载当前必须的可视内容,在稍后一段时间内或特定事件时,再触发其他内容的加载。这种方式可以很有效的提升界面绘制速度,使体验更加流畅。(UITableView 就是最典型的例子)

3.缓存。也就是一种空间换时间的做法。使用缓存,一定要注意下面几点:

  • 并发访问 cache 时,数据一致性问题。
  • cache 线程安全问题,防止一边修改一边遍历的 crash。
  • cache 查找时性能问题。
  • cache 的释放与重建,避免占用空间无限扩大,同时释放的粒度也要依实际需求而定。

4.在不同的业务场景中,选择合适的API。比如:

  • 了解 imageNamed: 与 imageWithContentsOfFile:的差异(imageNamed: 适用于会重复加载的小图片,因为系统会自动缓存加载的图片,imageWithContentsOfFile: 仅加载图片)
  • 缓存 NSDateFormatter 的结果。
  • 寻找 (NSDate *)dateFromString:(NSString )string 的替换品。
  • 不要随意使用 NSLog().

5.将views设置为不透明,也就是设置layer的opaque属性为YES。这样做可以避免图层混合时引发的渲染耗时。此外还有以下一些技巧:

  • 确保控件的opaque属性设置为true,确保backgroundColor和父视图颜色一致且不透明
  • 如无特殊需要,不要设置低于1的alpha值
    = 确保UIImage没有alpha通道

6.imageview设置图片的时候,一定要使用跟imageview尺寸一致的。避免在imageview中做缩放操作。

7.处理内存警告。UIKit中提供了几种可以监测到内存警告的方法:

  • 在app delegate中使用applicationDidReceiveMemoryWarning: 的方法
  • 在你的自定义UIViewController的子类(subclass)中覆盖didReceiveMemoryWarning
  • 注册并接收 UIApplicationDidReceiveMemoryWarningNotification 的通知
    当收到通知的时候,需要将可以重用的重量级model移除出内存。以及移除一些当前页面不可 见的页面元素。

8.避免日期格式的转换。如果你要用NSDateFormatter来处理很多日期格式,应该小心以待。就像先前提到的,任何时候重用NSDateFormatters都是一个好的实践.

9.避免可能会引发离屏渲染的操作:

  • 重写drawRect方法
  • 有mask或者是阴影(layer.masksToBounds, layer.shadow*),模糊效果也是一种mask
  • layer.shouldRasterize = true
  • 设置cornerRadius本身并不会导致离屏渲染,但很多时候它还需要配合layer.masksToBounds = true使用。根据之前的总结,设置masksToBounds会导致离屏渲染。解决方案是尽可能在滑动时避免设置圆角,如果必须设置圆角,可以使用光栅化技术将圆角缓存起来:
// 设置圆角
label.layer.masksToBounds = true
label.layer.cornerRadius = 8
label.layer.shouldRasterize = true
label.layer.rasterizationScale = layer.contentsScale

10.IMP Caching
在 Objective-C 的消息分发过程中,所有 [receiver message:…] 形式的方法调用最终都会被编译器转化为 obj_msgSend(recevier, @selector(message), …) 的形式调用。在运行时,Runtime 会去根据 selector 到对应方法列表中查找相应的 IMP 来调用,这是一个动态绑定的过程。为了加速消息的处理,Runtime 系统会缓存使用过的 selector 对应的 IMP 以便后面直接调用,这就是 IMP Caching。通过 IMP Caching 的方式,Rumtime 能够跳过 obj_msgSend 的过程直接调用方法的实现,从而提高方法调用效率。下面对应的是方法的实现

#define LOOP 1000000
#define START { clock_t start, end; start = clock();
#define END end = clock(); printf("Cost: %f ms\n", (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC * 1000); }
- (NSDateFormatter *)dateFormatter:(NSString *)format {
     NSDateFormatter *dateFormatter = [[NSDateFormatter alloc] init];
    [dateFormatter setDateFormat:format];
    
    return dateFormatter;
}
- (void)testIMPCaching {
    [self normalCall];
    
    [self impCachingCall];
}
- (void)normalCall {
    START
   
    for (int32_t i = 0; i < LOOP; i++) {
        NSDateFormatter *d =[self dateFormatter:@"yyyy-MM-dd a HH:mm:ss EEEE"];
        d = nil;
    }
    END
    // Print: Cost: 1328.845000 ms
}
- (void)impCachingCall {
    START
    
    SEL sel = @selector(dateFormatter:);
    NSDateFormatter *(*imp)(id, SEL, id) = (NSDateFormatter *(*)(id, SEL, id)) [self methodForSelector:sel];
    
    for (int32_t i = 0; i < LOOP; i++) {
        NSDateFormatter *d = imp(self, sel, @"yyyy-MM-dd a HH:mm:ss EEEE");
        d = nil;
    }
    
    END
    // Print: Cost: 1130.200000 ms
}

可见相差并不太大,在 impCachingCall 中是直接手动做 IMP Caching 来跳过 obj_msgSend 调用方法的实现。normalCall 则是在 Runtime 通过系统自己的 IMP Caching 机制来运行。通常我们不需要做 IMP Caching,但是如果有时候哪怕一点点的速度提升也是你需要的,你可以考虑考虑这点。

CPU 资源消耗原因和解决方案

1.对象创建。
对象的创建会分配内存、调整属性、甚至还有读取文件等操作,比较消耗 CPU 资源。尽量用轻量的对象代替重量的对象,可以对性能有所优化。比如 CALayer 比 UIView 要轻量许多,那么不需要响应触摸事件的控件,用 CALayer 显示会更加合适。如果对象不涉及 UI 操作,则尽量放到后台线程去创建,但可惜的是包含有 CALayer 的控件,都只能在主线程创建和操作。通过 Storyboard 创建视图对象时,其资源消耗会比直接通过代码创建对象要大非常多,在性能敏感的界面里,Storyboard 并不是一个好的技术选择。

尽量推迟对象创建的时间,并把对象的创建分散到多个任务中去。尽管这实现起来比较麻烦,并且带来的优势并不多,但如果有能力做,还是要尽量尝试一下。如果对象可以复用,并且复用的代价比释放、创建新对象要小,那么这类对象应当尽量放到一个缓存池里复用。

2.对象调整
对象的调整也经常是消耗 CPU 资源的地方。这里特别说一下 CALayer:CALayer 内部并没有属性,当调用属性方法时,它内部是通过运行时 resolveInstanceMethod 为对象临时添加一个方法,并把对应属性值保存到内部的一个 Dictionary 里,同时还会通知 delegate、创建动画等等,非常消耗资源。UIView 的关于显示相关的属性(比如 frame/bounds/transform)等实际上都是 CALayer 属性映射来的,所以对 UIView 的这些属性进行调整时,消耗的资源要远大于一般的属性。对此你在应用中,应该尽量减少不必要的属性修改。

当视图层次调整时,UIView、CALayer 之间会出现很多方法调用与通知,所以在优化性能时,应该尽量避免调整视图层次、添加和移除视图。

3.对象销毁
对象的销毁虽然消耗资源不多,但累积起来也是不容忽视的。通常当容器类持有大量对象时,其销毁时的资源消耗就非常明显。同样的,如果对象可以放到后台线程去释放,那就挪到后台线程去。这里有个小 Tip:把对象捕获到 block 中,然后扔到后台队列去随便发送个消息以避免编译器警告,就可以让对象在后台线程销毁了。

NSArray *tmp = self.array;
self.array = nil;
dispatch_async(queue, ^{
    [tmp class];
});
  1. 布局计算
    视图布局的计算是 App 中最为常见的消耗 CPU 资源的地方。如果能在后台线程提前计算好视图布局、并且对视图布局进行缓存,那么这个地方基本就不会产生性能问题了。

不论通过何种技术对视图进行布局,其最终都会落到对 UIView.frame/bounds/center 等属性的调整上。上面也说过,对这些属性的调整非常消耗资源,所以尽量提前计算好布局,在需要时一次性调整好对应属性,而不要多次、频繁的计算和调整这些属性。

5.AutoLayout
Autolayout 是苹果本身提倡的技术,在大部分情况下也能很好的提升开发效率,但是 Autolayout 对于复杂视图来说常常会产生严重的性能问题。随着视图数量的增长,Autolayout 带来的 CPU 消耗会呈指数级上升。具体数据可以看这个文章:http://pilky.me/36/。 如果你不想手动调整 frame 等属性,你可以用一些工具方法替代(比如常见的 left/right/top/bottom/width/height 快捷属性),或者使用 ComponentKit、AsyncDisplayKit 等框架。

6.文本计算
如果一个界面中包含大量文本(比如微博微信朋友圈等),文本的宽高计算会占用很大一部分资源,并且不可避免。如果你对文本显示没有特殊要求,可以参考下 UILabel 内部的实现方式:用 [NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:] 来计算文本宽高,用 -[NSAttributedString drawWithRect:options:context:] 来绘制文本。尽管这两个方法性能不错,但仍旧需要放到后台线程进行以避免阻塞主线程。

如果你用 CoreText 绘制文本,那就可以先生成 CoreText 排版对象,然后自己计算了,并且 CoreText 对象还能保留以供稍后绘制使用。

7.文本渲染
屏幕上能看到的所有文本内容控件,包括 UIWebView,在底层都是通过 CoreText 排版、绘制为 Bitmap 显示的。常见的文本控件 (UILabel、UITextView 等),其排版和绘制都是在主线程进行的,当显示大量文本时,CPU 的压力会非常大。对此解决方案只有一个,那就是自定义文本控件,用 TextKit 或最底层的 CoreText 对文本异步绘制。尽管这实现起来非常麻烦,但其带来的优势也非常大,CoreText 对象创建好后,能直接获取文本的宽高等信息,避免了多次计算(调整 UILabel 大小时算一遍、UILabel 绘制时内部再算一遍);CoreText 对象占用内存较少,可以缓存下来以备稍后多次渲染。

8.图片编码
当你用 UIImage 或 CGImageSource 的那几个方法创建图片时,图片数据并不会立刻解码。图片设置到 UIImageView 或者 CALayer.contents 中去,并且 CALayer 被提交到 GPU 前,CGImage 中的数据才会得到解码。这一步是发生在主线程的,并且不可避免。如果想要绕开这个机制,常见的做法是在后台线程先把图片绘制到 CGBitmapContext 中,然后从 Bitmap 直接创建图片。目前常见的网络图片库都自带这个功能。

9.图形绘制
图像的绘制通常是指用那些以 CG 开头的方法把图像绘制到画布中,然后从画布创建图片并显示这样一个过程。这个最常见的地方就是 [UIView drawRect:] 里面了。由于 CoreGraphic 方法通常都是线程安全的,所以图像的绘制可以很容易的放到后台线程进行。一个简单异步绘制的过程大致如下(实际情况会比这个复杂得多,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 资源消耗原因以及解决方案

1.纹理渲染
所有的 Bitmap,包括图片、文本、栅格化的内容,最终都要由内存提交到显存,绑定为 GPU Texture。不论是提交到显存的过程,还是 GPU 调整和渲染 Texture 的过程,都要消耗不少 GPU 资源。当在较短时间显示大量图片时(比如 TableView 存在非常多的图片并且快速滑动时),CPU 占用率很低,GPU 占用非常高,界面仍然会掉帧。避免这种情况的方法只能是尽量减少在短时间内大量图片的显示,尽可能将多张图片合成为一张进行显示。
当图片过大,超过 GPU 的最大纹理尺寸时,图片需要先由 CPU 进行预处理,这对 CPU 和 GPU 都会带来额外的资源消耗。目前来说,iPhone 4S 以上机型,纹理尺寸上限都是 4096x4096,更详细的资料可以看这里:iosres.com。所以,尽量不要让图片和视图的大小超过这个值。

2.视图的混合 (Composing)
当多个视图(或者说 CALayer)重叠在一起显示时,GPU 会首先把他们混合到一起。如果视图结构过于复杂,混合的过程也会消耗很多 GPU 资源。为了减轻这种情况的 GPU 消耗,应用应当尽量减少视图数量和层次,并在不透明的视图里标明 opaque 属性以避免无用的 Alpha 通道合成。当然,这也可以用上面的方法,把多个视图预先渲染为一张图片来显示。

3.图形的生成
CALayer 的 border、圆角、阴影、遮罩(mask),CASharpLayer 的矢量图形显示,通常会触发离屏渲染(offscreen rendering),而离屏渲染通常发生在 GPU 中。当一个列表视图中出现大量圆角的 CALayer,并且快速滑动时,可以观察到 GPU 资源已经占满,而 CPU 资源消耗很少。这时界面仍然能正常滑动,但平均帧数会降到很低。为了避免这种情况,可以尝试开启 CALayer.shouldRasterize 属性,但这会把原本离屏渲染的操作转嫁到 CPU 上去。对于只需要圆角的某些场合,也可以用一张已经绘制好的圆角图片覆盖到原本视图上面来模拟相同的视觉效果。最彻底的解决办法,就是把需要显示的图形在后台线程绘制为图片,避免使用圆角、阴影、遮罩等属性。

属性字符串 尽量少用 因为会造成CPU负荷重,掉帧
https://github.com/vedon/iOS-tech/blob/master/UITableViewOpt2/UITableViewOpt2.md

尽量像素不要使用小数点,这样会造成像素不对齐,增加GPU负担,掉帧
出现像素不对齐的情况,会导致在GPU渲染时,对没对齐的边缘,需要进行插值计算,这个插值计算的过程会有性能损耗。

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