iOS性能优化那些繁杂琐碎的事儿!!!

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简介

这篇文章文章主要介绍iOS性能优化方面的信息,主要从四个方面进行:应用启动时间;页面刷新滚动流畅度;耗电量;安装包的大小

  • 应用启动时间
  • 页面刷新滚动流畅度
  • 耗电量
  • 安装包的大小

1 应用启动时间

这里的应用启动时间指,应用启动到显示第一个页面展示时的时间。

应用启动有冷启动和热启动,热启动是指应用在后台活着,然后再启动应用。这里只谈冷启动。

启动时间在小于400ms是最佳的,因为从点击图标到显示Launch Screen,到Launch Screen消失这段时间是400ms。启动时间不可以大于20s,否则会被系统杀掉。

先来看看Xcode9新加的神器,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,如果查看更详细的信息可以DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1。

然后启动应用,即可查看到以下信息

Total pre-main time: 588.23 milliseconds (100.0%)
         dylib loading time: 264.36 milliseconds (44.9%)
        rebase/binding time:  56.19 milliseconds (9.5%)
            ObjC setup time:  49.84 milliseconds (8.4%)
           initializer time: 217.71 milliseconds (37.0%)
           slowest intializers :
             libSystem.B.dylib :   9.18 milliseconds (1.5%)
    libMainThreadChecker.dylib :  36.42 milliseconds (6.1%)
          libglInterpose.dylib :  82.35 milliseconds (14.0%)
         libMTLInterpose.dylib :  32.51 milliseconds (5.5%)
                         MeeYi :  24.89 milliseconds (4.2%)                   

可以看到,在执行main函数前,应用准备了执行了4个流程:dylib loadingrebase/bindingObjC setupinitializer,下面我们将好好分析这几个流程。

  • load dylibs:加载动态库,包括系统的、自己添加的(第三方的),递归一层一层加载所依赖的库。
  • Rebase&Bind:修复指针,mach-o内部的存储逻辑是,信息的存储地址是虚拟内存,不是直接对应物理内存;每一次应用启动的时候,内存的开始地址又是随机的,因此需要对接虚拟内存和物理内存地址。为了安全,防止黑客攻击。
  • Objc:注册类信息到全局Table中
  • Initializers:初始化部分,+load方法初始化,C/C++静态初始化对象和标记__attribute__(constructor)的方法
  • Main() :执行main函数,执行APPDelegate的方法
  • 加载Window+加载RootViewController+初始化操作:主要在didFinishLaunchingWithOptions执行操作,比如初始化第三方库,初始化基础信息,加载RootViewController等

在了解了应用启动流程后,那对应用启动优化的工作就细分到了对每个流程的优化上。

1.1 main()函数之前:

1.1.1 dylibs:加载动态库

启动的第一步是加载动态库,加载系统的动态库使很快的,因为可以缓存,而加载内嵌的动态库速度较慢。

所以,提高这一步的效率的关键是:减少动态库的数量。合并动态库。

比如公司内部由私有Pod建立了如下动态库:XXTableView, XXHUD, XXLabel,强烈建议合并成一个XXUIKit来提高加载速度。

1.1.2 Rebase & Bind & Objective C Runtime

Rebase和Bind都是为了解决指针引用的问题。对于Objective C开发来说,主要的时间消耗在Class/Method的符号加载上,所以常见的优化方案是:

1)减少__DATA段中的指针数量。

2)合并Category和功能类似的类。比如:UIView+Frame,UIView+AutoLayout…合并为一个
删除无用的方法和类。

3)多用Swift Structs,因为Swfit Structs是静态分发的。

1.1.3 Initializers

通常,我们会在+load方法中进行method-swizzling,但这会影响应用启动的时间。

1)用initialize替代load。不少同学喜欢用method-swizzling来实现AOP去做日志统计等内容,强烈建议改为在initialize进行初始化。

2)减少atribute((constructor))的使用,而是在第一次访问的时候才用dispatch_once等方式初始化。

3)不要创建线程

4)使用Swfit重写代码。

1.2 main()函数之后:

优化的核心思想:能延迟初始化的尽量延迟初始化,不能延迟初始化的尽量放到后台初始化。

我们首先来分析下,从main函数开始执行,到你的第一个界面显示,这期间一般会做哪些事情。

  • 执行AppDelegate的代理方法,主要是didFinishLaunchingWithOptions,applicationDidBecomeActive
  • 初始化第三方skd
  • 初始化Window,初始化基础的ViewController
  • 获取数据(Local DB/Network),展示给用户。

在这个过程中我们可以借助工具来进行检测

  • 知道这个过程后,可以借助Time Profiler工具查找具体的耗时模块,几点要注意:
    • 分析启动时间,一般只关心主线程
    •  选择Hide System Libraries和Invert Call Tree,这样我们能专注于自己的代码
    •  右侧可以看到详细的调用堆栈信息
  • 另外,也可以借用C语言函数查看模块运行时间:

CFTimeInterval startTime = CACurrentMediaTime();
//执行方法
CFTimeInterval endTime = CACurrentMediaTime();

当检测出耗时的模块时,就可以按照优化的核心思想来进行处理了。即:

能延迟初始化的尽量延迟初始化,不能延迟初始化的尽量放到后台初始化。

2 页面刷新滚动流畅度

在优化流程度前需要先了解下iOS页面的成像过程。

2.1 CPU(Central Processing Unit,中央处理器):

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)

2.2 GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器):

纹理的渲染

2.3 成像过程:

CPU计算信息,GPU渲染信息到帧缓存区(iOS是双缓存机制,有前帧缓存、后帧缓存),视频控制器从帧缓存中读取信息显示到屏幕上。

2.4 造成卡顿的原因:

按照60FPS的刷帧率,每隔16ms就会有一次VSync信号,VSync信号来的时候就需要从帧缓存区中取缓存显示到屏幕上,如果每次VSync信号来的时候CPU和GPU没有处理好信息渲染到缓存区,那么就会从缓存中拿之前缓存的显示,就造成了丢帧,丢帧多了就会造成卡顿。

2.5 检测卡顿

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,这里检测的有两个方案:

  • Instruments中的coreAnimation工具,查看刷帧率,最理想最高的是60fps
  • 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
    这个可以借助第三方框架(github上很多),如:LXDAppFluecyMonitorJPFPSStatus

2.6 解决卡顿

尽可能减少CPU、GPU资源消耗

2.6.1 优化

  • 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:如文本处理(尺寸计算、绘制);图片处理(解码、绘制)
  • 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
    • 尽量减少视图数量和层次
    • 减少透明的视图(alpha<1),不透明的就设置opaque为YES
    • 尽量避免出现离屏渲染
  • 避免离屏渲染

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
    • 会造成离屏渲染的有:
      • 光栅化,layer.shouldRasterize = YES
      • 遮罩,layer.mask
      • 圆角,同时设置layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于(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

3 耗电量

3.1 应用耗电的主要来源有:

  • CPU处理,Processing
  • 网络,Networking
  • 定位,Location
  • 图像,Graphics

3.2 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
    • 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

4 安装包瘦身

安装包(IPA)主要由可执行文件、资源组成,因此对于iOS安装包的瘦身也将从这两个方面进行

4.1 资源(图片、音频、视频等)

  • 采取无损压缩
  • 去除没有用到的资源

4.2 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
  • 编写LLVM插件检测出重复代码、未被调用的代码
  • 生成LinkMap文件,可以查看可执行文件的具体组成,哪些文件偏大

4.3 bitcode

xcode7之后多了这样的一个设置,默认是打开的。打开bitcode设置后,编译出来的包不是最终的二进制包而是bitcode中间码,Apple会根据编译器、应用设备来优化bitcode来给你最终最最优化的二进制应用包。这样避免了苹果更新了编译器或硬件设备时在提交app包到appstore的问题。同时也享受到了编译器改进带来的好处。

但是有个坑的地方,有些第三方库并不支持bitcode,如果要使用对应的第三方库就得关闭这个bitcode。由于时间太久,已经忘了当时是哪些第三方库不支持了,不知道现在有没有支持。

5 其他:

  • Facebook 和 Pinterest 维护的 ASDK 可对视图的渲染进行优化,具体可参考这篇博客
  • 网络请求优化:
    • 网络请求数据缓存:针对于时效性比较长的可以做缓存,在请求的时候在有效期内直接获取此信息
    • 网络请求次数优化:请求开始、取消、回调之前做限制-------AOP面向切片编程

青山不改,绿水长流,感谢大家支持,希望这篇文章能帮助到你!!