iOS性能优化

本文首发于个人博客

一、App启动优化

1.App的启动可以分为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启动时间的优化,主要是针对冷启动进行优化
    • 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
    • 如果需要更详细的信息,那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

2.App 冷启动分为四大阶段

  • dyld 加载可执行文件,动态库(递归加载)
  • runtime
  • main() 函数执行后
  • 首屏渲染完成后
2.1关于dyld
  • image.png

  • 在Mac 、iOS中,是使用了/usr/lib/dyld程序来加载动态库

  • dynamic link editor,动态链接编辑器

  • dynamic loader,动态加载器

  • dyld 的源码 https://opensource.apple.com/tarballs/dyld/

    • 1
      initializeMainExecutable 方法开始的.dyld会优先初始化动态库,然后初始化App的可执行文件。

    image.png

用MachOView (https://github.com/gdbinit/MachOView)查看加载过程如上图

( 备注1: 如果设置了 DYLD_PRINT_LIBRARIES,或者选中run/diagnostics 下面的 dynamic library loads 那么 dyld将会打印出什么库被加载了

​ 备注2:DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS 打印启动时间

​ 备注3:dyly还可以抽取苹果原生库 方法: 1: launch-cache/dsc_extractor.cpp文件中 把#if(0) 以及之前的都删除,#endif也删除 2:编译clang++ -o dsc_extractor dsc_extractor.cpp 生成可执行文件 3:./dsc_extractor dyld_shared_cache_armv7s armv7s 进行抽取 )

2.2 runtime

​ 源码: https://opensource.apple.com/source/objc4/ 源码分析可参考:https://www.jianshu.com/p/3019605a4fc9

​ 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)

  • 调用C++静态初始化器和attribute((constructor))修饰的函数

  • 到此为止,可执行文件和动态库中所有的符号(Class,Protocol,Selector,IMP,…)都已经按格式成功加载到内存中,被 runtime 所管理

    2.3main函数执行后

​ main() 函数执行后的阶段,指的是从 main() 函数执行开始,到 appDelegate 的 didFinishLaunchingWithOptions 方法里首屏渲染相关方法执行完成。

  • 首屏初始化所需配置文件的读写操作
  • 首屏列表大数据的读取
  • 首屏渲染的大量计算等
总结:

APP的启动由dyld主导,将可执行文件加载到内存,顺便加载所有依赖的动态库, 并由runtime负责加载成objc定义的结构,所有初始化工作结束后,dyld就会调用main函数, 接下来就是UIApplicationMain函数,AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

3.App启动优化

​ 按照不同的阶段

  • dyld

    • 减少动态库、合并一些动态库(定期清理不必要的动态库)。减少动态库加载。每个库本身都有依赖关系,苹果公司建议使用更少的动态库,苹果最多支持6个非系统的动态库合并为一个。
    • 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)
    • 减少C++虚函数数量, 减少C++全局变量的数量
    • Swift尽量使用struct
    • runtime
    • 用+initialize方法和dispatch_once取代所有的attribute((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load,因为在一个+load()方法里,运行时进行方法替换操作会带来4毫秒的损耗。
    • main() 函数执行后
    • 功能级别的优化:main()函数开始执行后到首屏渲染完成前,只处理首屏相关的业务,其他的非首屏业务的初始化,监听注册,配置文件读取放在首屏渲染完成后去做
    • ReactiveCocoa创建一个信号6毫秒,+load()执行一次,4毫秒
    • 检测App耗时
    • 抓取主线程的方法调用堆栈,计算一段时间各个方法的耗时,Xcode自带的Time Profiler
    • 对objc_msgSend方法进行hook来掌握所有方法的执行耗时 objc_msgSend源码 https://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-723/runtime/Messengers.subproj/
    • fackbook开源了fishhook的代码https://github.com/facebook/fishhook 其大致思路为:通过重新绑定符号,实现对c方法的hook。dyld是通过更新Mach-O二进制的_DATA segment特定的部分中的指针来绑定lazy和non-lazy符号,通过确认传递给rebind_symbol里每个符号更新的位置,就可以找出替换来重新绑定这些符号。
    • 在不影响用户体验的前提下,尽可能将一些操作延迟,不要全部都放在finishLaunching方法中 按需加载
    • 不使用xib,直接视用代码加载首页视图
    • NSUserDefaults实际上是在Library文件夹下会生产一个plist文件,如果文件太大的话一次能读取到内存中可能很耗时,这个影响需要评估,如果耗时很大的话需要拆分(需考虑老版本覆盖安装兼容问题)
    • 每次用NSLog方式打印会隐式的创建一个Calendar,因此需要删减启动时各业务方打的log,或者仅仅针对内测版输出log
    • 梳理应用启动时发送的所有网络请求,是否可以统一在异步线程请求

    二、安装包瘦身

1、安装包(IPA)主要由可执行文件、资源组成

2、 可执行文件瘦身

2.1 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

2.2利用AppCode

(https://www.jetbrains.com/objc/)检测未使用的代码:菜单栏 -> Code -> Inspect Code

2. 3编写LLVM插件检测出重复代码、未被调用的代码
2.4 生成LinkMap文件,可以查看可执行文件的具体组成

image.png

2.5 可借助第三方工具解析LinkMap文件: https://github.com/huanxsd/LinkMap

三、卡顿问题

3.1、CPU 和GPU

  • 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)

  • GPU (Graphics Processing Unit,图形处理器)

    纹理的渲染

  • 在iOS中是双缓冲机制,有前帧缓存、后帧缓存

3.2优化方向

  • 尽可能减少CPU、GPU资源消耗
  • 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
  • GPU能处理的最大纹理尺寸是4096x4096,一旦超过这个尺寸,就会占用CPU资源进行处理,所以纹理尽量不要超过这个尺寸
  • 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
  • 尽量把耗时的操作放到子线程
    • 文本处理(尺寸计算、绘制) p
    • 图片处理(解码、绘制)

3.3、离屏渲染

  • 尽量避免出现离屏渲染
  • 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
  • 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(考虑通过CoreGraphics绘制裁剪圆角,或者叫UI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)

内存泄露

一、查找泄漏点 (两种工具)

  • 1 > Analyze

    1
    2
    3
    4
    5
    - 学 名:  静态分析工具- 查 找:  可以通过 Product ->Analyze 菜单项启动- 快捷键:  CMD+shift +b.- Analyze主要分析以下四种问题:
    1) 逻辑错误:访问空指针或未初始化的变量等;
    2) 内存管理错误:如内存泄漏等;
    3) 声明错误:从未使用过的变量;
    4) Api调用错误:未包含使用的库和框架。
  • 2 >Instruments

    1
    2
    - 学 名:   动态分析工具- 查 找:   Product ->Profile 菜单项启动- 快捷键:  CMD + i.
    简 介:它有很多跟踪模块可以动态分析和跟踪内存, CPU 和文件系统.

四、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:
  • 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

五、参考资料

iOS启动优化博客:http://www.zoomfeng.com/blog/launch-time.html

dyld源码: https://opensource.apple.com/tarballs/dyld/

dyld简介和分析:https://www.jianshu.com/p/be413358cd45

runtime源码:https://opensource.apple.com/source/objc4/

runtime源码分析:https://www.jianshu.com/p/3019605a4fc9

objc_msgSend源码: https://opensource.apple.com/source/objc4/objc4-723/runtime/Messengers.subproj/

开源项目fishhook: https://github.com/facebook/fishhook

开源项目LSUR: https://github.com/tinymind/LSUnusedResources

AppCode官网:https://www.jetbrains.com/objc/

开源项目LinkMap: https://github.com/huanxsd/LinkMap

GNUstep源码 http://www.gnustep.org/resources/downloads.php

MachOView源码:https://github.com/gdbinit/MachOView

今日头条iOS客户端启动速度优化:https://techblog.toutiao.com/2017/01/17/iosspeed/#more

iOS 性能优化https://github.com/skyming/iOS-Performance-Optimization

image.png

------ 本文结束感谢您的阅读 ------