iOS 底层 day27 性能优化 卡顿优化 离屏渲染

一、卡顿优化

1. CPU 和 GPU 分别在屏幕成像过程中处理什么工作？

• 在屏幕成像的过程中，CPU 和 GPU 起着至关重要的作用
• CPU（Central Processing Unit，中央处理器）：
• CPU：对象的创建和销毁、对象属性的调整、布局计算，文字的计算和排版、图片的格式转换和解码、图像的绘制（Core Graphics）
• GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）：
• GPU： 纹理的渲染
  
  `CPU` 和 `GPU` 工作流程

2. 卡顿产生的原因？

• 苹果设备一般是 60FPS 的帧率，所以每隔 16ms 就有一次 VSync 信号
• CPU 和 GPU 要在 16ms 内产生一帧的数据供屏幕展示，如果 CPU 或者 GPU 任务过重在 16ms 内无法完成计算，那么屏幕就只展示上一帧的数据，从用户的视觉效果看来就是产生了卡顿。

卡顿产生的原因图解

3. 从 CPU 方面优化卡顿

• 尽量用轻量级的对象，比如用不到时间处理的地方，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 布局会比直接设置 frame 布局消耗更多的 CPU 资源
• 控制一下线程的最大并发数
• 尽量把耗时的操作放到子线程：文本处理（尺寸计算、绘制）、图片处理（解码、绘制）

4. 从 GPU 方面优化卡顿

• 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展示
• 尽量减少视图的数量和层次
• 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

5. 卡顿监测

• 可以添加 Observer 到主线程 RunLoop 中，通过监听 RunLoop 状态切换的耗时，已达到监控卡顿的目的
• 可以使用现成的库 https://github.com/sindrilin/LXDAppMonitor 进行监测

二、离屏渲染

1. 离屏渲染是什么？

• 在 OpenGL 中，GPU 有两种渲染方式
• 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

2. 离屏渲染为什么消耗性能？

• 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（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

3. 哪些操作会触发离屏渲染？

• 光栅化，layer.shouldRasterize = YES
• 遮罩， layer.mask
• 圆角，同时设置 layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0；可以考虑通过 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

4.TODO：如何验证上述操作触发了离屏渲染？

三、耗电优化（主要从三个方面）

1. 哪三个方面耗电优化？

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

2. CPU 处理，Processing

• 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
• 读写打了重要数据时，考虑用 dispatch_io，提供了基于 GCD 的异步操作文件 IO 的 API，用 dispatch_io 系统会优化磁盘访问
• 数据流比较大的，建议使用数据库（比如 SQLite、CoreData）

3. 网络，Networking

• 减少、压缩网络数据
• 多次请求的结果相同的，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
• 批量传输，比如下载邮件，视频的时候，不要传输很小的数据包

4. 定位，Location

• 如果只需要快速确定用户位置，最好用 CLLocationManager 的 requestLocation 方法。定位完成后，会自动让定位的硬件断电
• 如果不是导航应用，尽量不要实时更新位置，定位完毕就要关掉定位服务
• 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 startMonitorForRegion:

四、APP 的启动优化

1. APP 启动可以分为 2 种

• 冷启动（Cold Launch）：从零开始启动 APP
• 热启动（Warm Launch）：APP 已经在内存中，在后台存活着，再次点击图标启动 APP
• APP 的启动时间优化，主要针对冷启动进行优化

2. 如何对 APP 启动时间进行分析？

• 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

3. APP 启动可以分为哪三个流程？

• dyld
• runtime
• main

4. dyld 动态链接器

• dyld（dynamic link editor），Apple 的动态链接器，可以用来装载 Mach-O 文件（可执行文件、动态库等）
• 启动 APP 时，dyld 所做的事情有：
• 装载 APP 的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库
• 当 dyld 把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知 Runtime 进行下一步的处理

5. runtime 运行时

• 启动 APP 时，runtime 所做的事情有：
• 调用 map_images 进行可执行文件内容的解析和处理
• 在 load_images 中调用 call_load_methods，调用所有 Class 和 Category 的 +load 方法
• 进行各种 objc 结构的初始化（注册 objc 类，初始化类对象等等）

6. 总结 APP 启动的流程

• APP 启动有 dyld 主导，将可执行文件加载到内存，再递归加载所有依赖的动态库。
• 并由 runtime 对可执行文件进行解析处理，调用+laod 方法，注册 objc 类。
• 所有初始化工作结束后，dyld 会调用 main 函数
• 接下来就是 UIApplicationMain 函数，Appdelegate 的 application：didFinishLaunchingWithOptions：方法

7. APP 的启动优化（安装三个阶段）

• dyld 阶段：
• 减少动态库，合并一些动态库（定期清理不必要的动态库）
• 减少 Objc 类，分类的数量，减少 Selector 数量（定期清理不必要的类、分类）

• runtime 阶段：
• 尽量用 +initialize 方法和 dispatch_once 取代 objc 的 +load 方法

• main 阶段：
• 在不影响用户体验的前提下，尽可能将一些操作延迟，不要全部放在 finishLaunching 方法中

五、APP 的瘦身优化

• 可执行文件：
• 尽量封装重复的代码
• 去除未使用的代码（类、分类、函数等）

• 资源（图片、音频、视频、）：
• 采取无损压缩
• 去除没有用到的资源