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

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/

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。

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

关于load和initialize 可参考iOS中load和initialize一文详细分析

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

资源(图片、音频、视频等)
采取无损压缩
去除没有用到的资源: https://github.com/tinymind/LSUnusedResources

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

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

- 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: