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Instruments性能优化-Core Animation

本文是投稿文章，作者：厦大

当App发展到一定的规模，性能优化就成为必不可少的一点。但是很多人，又对性能优化很陌生，毕竟平常大多时间都在写业务逻辑，很少关注这个。最近在优化自己的项目，也收集了很多资料，这里先浅谈一下使用Instruments中CoreAnimation优化收获的经验以及总结，这是第一篇，后续会更新Timer Profiler,Leaks等其他优化工具的具体用法。

准备工作

在性能优化中一个最具参考价值的属性是FPS:全称Frames Per Second,其实就是屏幕刷新率，苹果的iphone推荐的刷新率是60Hz，也就是说GPU每秒钟刷新屏幕60次，这每刷新一次就是一帧frame，FPS也就是每秒钟刷新多少帧画面。静止不变的页面FPS值是0，这个值是没有参考意义的，只有当页面在执行动画或者滑动的时候，FPS值才具有参考价值，FPS值的大小体现了页面的流畅程度高低，当低于45的时候卡顿会比较明显。
注意点:
（1）使用真机调试。
（2）最好使用release包测试（release是发布版本，苹果会在release包中做很多优化工作，因此用release包测试出来的性能才是最真实的）。
启动程序点击XCode选择左上角-XCode->Open Developer Tool ->Instruments，打开Instruments再选择CoreAnimation：

打开CoreAnimation

Instruments性能优化-Core Animation

CoreAnimation调试界面

图中1是FPS值。
图中2是不同纬度的调试选项（下面会逐个介绍）。

Color Blended Layers (图层混合)

这个选项是检测哪里发生了图层混合，先介绍一下什么是图层混合？很多情况下，界面都是会出现多个UI控件叠加的情况，如果有透明或者半透明的控件，那么GPU会去计算这些这些layer最终的显示的颜色，也就是我们肉眼所看到的效果。例如一个上层Veiw颜色是绿色RGB(0,255,0)，下层又放了一个View颜色是红色RGB(0,0,255)，透明度是50%，那么最终显示到我们眼前的颜色是蓝色RGB(0,127.5,127.5)。这个计算过程会消耗一定的GPU资源损耗性能。如果我们把上层的绿色View改为不透明，那么GPU就不用耗费资源计算，直接显示绿色。混合颜色计算公式：

R(C)=alpha*R(B)+(1-alpha)*R(A)    R(x)、G(x)、B(x)分别指颜色x的RGB分量

如果出现图层混合了，打开Color Blended Layers选项，那块区域会显示红色，所以我们调试的目的就是将红色区域消减的越少越好。那么如何减少红色区域的出现呢？只要设置控件不透明即可。
（1）设置opaque 属性为true。
（2）给View设置一个不透明的颜色，没有特殊需要设置白色即可。
如果你在lldb中po打印某个控件，你会发现打印出来的数据中，控件的opaque都是true，因为控件这个属性的默认值都是true，所以第一种方法可以直接忽略掉。使用第二种方法你会发现之前红色的都消除掉了。

Instruments性能优化-Core Animation

设置不透明之前

Instruments性能优化-Core Animation

设置不透明之后

label.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
label.layer.masksToBounds = YES;

到这里你可能奇怪，设置label的背景色第一行不就够了么，为什么还有第二行？这是因为如果label的内容是中文，label实际渲染区域要大于label的size，最外层多了一个sublayer，如果不设置第二行label的边缘外层灰出现图层混合的红色，因此需要在label内容是中文的情况下加第二句。单独使用label.layer.masksToBounds = YES是不会发生离屏渲染，下文会讲离屏渲染。
注意点：UIImageView控件比较特殊，不仅需要自身这个容器是不透明的，并且imageView包含的内容图片也必须是不透明的，如果你自己的图片出现了图层混合红色，先检查是不是自己的代码有问题，如果确认代码没问题，就是图片自身的问题，可以联系你们的UI眉眉～

Color Hits Green and Misses Red（光栅化）

这个选项主要是检测我们是是否正确使用layer的shouldRasterize属性，shouldRasterize = YES开启光栅化。什么是光栅化？光栅化是将一个layer预先渲染成位图(bitmap)，再加入到缓存中，成功被缓存的layer会标注为绿色,没有成功缓存的会标注为红色，正确使用光栅化可以得到一定程度的性能提升。
适用情况：一般在图像内容不变的情况下才使用光栅化，例如设置阴影耗费资源比较多的静态内容，如果使用光栅化对性能的提升有一定帮助。
非适用情况：如果内容会经常变动,这个时候不要开启,否则会造成性能的浪费。例如我们在使用tableViewCell中，一般不要用光栅化，因为tableViewCell的绘制非常频繁，内容在不断的变化，如果使用了光栅化，会造成大量的离屏渲染降低性能。
如果你在一个界面中使用了光栅化，刚进去这个页面的所有使用了光栅化的控件layer都会是红色，因为还没有缓存成功，如果上下滑动你会发现，layer变成了绿色。但是如果你滑动幅度较大会发现，新出现的控件会是红色然后变成绿色，因为刚开始这些控件的layer还没有缓存。
注意点：
（1）系统给光栅化缓存分配了一个固定的大小，因此不能过度使用，如果超出了缓存也会造成离屏渲染。
（2）缓存的时间为100ms，因此如果在100ms内没有使用缓存的对象，则会从缓存中清除。

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Color Copied Images（图片颜色格式）

Shows images that are copied by Core Animation in blue苹果官方注释被拷贝给CPU进行转化的图片显示为绿色。那么这句话怎么理解呢？如果GPU不支持当前图片的颜色格式，那么就会将图片交给CPU预先进行格式转化，并且这张图片标记为蓝色。那么GPU支持什么格式呢？苹果的GPU只解析32bit的颜色格式，如果使用Color Copied Images去调试发现是蓝色，这个时候你也可以去找你们的UI眉眉了～
知识扩展：32bit指的是图片颜色深度，用“位”来表示，用来表示显示颜色数量，例如一个图片支持256种颜色，那么就需要256个不同的值来表示不同的颜色，也就是从0到255，二进制表示就是从00000000到11111111，一共需要8位二进制数，所以颜色深度是8。通常32bit色彩中使用三个8bit分别表示R红G绿B蓝,还有一个8bit常用来表示透明度（Alpha）。

Color Non-Standard Surface Formats (不标准的表面颜色格式)

这个调试选项没有一篇博文讲过，都是直接略过，我也尝试很多途径去找这个选项到底是什么作用，然而苹果开发文档以及stack overflow都没有对这个有所解释。自己真机调试尝试了很多发现有个规律，就是打开这个选项，某些Label和Button的背景颜色都会出现银白色，但是不是必先现的，有些Label和Button依然正常颜色背景。其他ImageView等控件是不会出现银白色的背景颜色，猜想是不是和文本Text的设置有关系。如果您对这个有所了解，欢迎讨论。

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Color Non-Standard Surface Formats调试效果

Color Immediately（颜色刷新频率）

当执行颜色刷新的时候移除10ms的延迟，因为可能在特定情况下你不需要这些延迟，所以使用此选项加快颜色刷新的频率。不过一般这个调试选项我们是用不到的。

Color Misaligned Images(图片大小)

这个选项可以帮助我们查看图片大小是否正确显示。如果image size和imageView size不匹配，image会出现黄色。要尽可能的减少黄色的出现，因为image size与imageView size不匹配，会消耗资源压缩图片。下图中的image实际size（81，110），顶部image正常，底部image出现黄色因为放在了一个size x 2的imageView容器中。

Instruments性能优化-Core Animation

Color Misaligned Images调试效果图

Color Offscreen-Rendered Yellow（离屏渲染）

离屏渲染Off-Screen Rendering 指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。还有另外一种屏幕渲染方式-当前屏幕渲染On-Screen Rendering ，指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。离屏渲染会先在屏幕外创建新缓冲区，离屏渲染结束后，再从离屏切到当前屏幕，把离屏的渲染结果显示到当前屏幕上，这个上下文切换的过程是非常消耗性能的，实际开发中尽可能避免离屏渲染。
触发离屏渲染Offscreen rendering的行为：
（1）drawRect:方法
（2）layer.shadow
（3）layer.allowsGroupOpacity or layer.allowsEdgeAntialiasing
（4）layer.shouldRasterize
（5）layer.mask
（6）layer.masksToBounds && layer.cornerRadius
这里有需要注意的是第三条layer.shouldRasterize ，其实就是我们本文讲的第三个选项光栅化，光栅化会触发离屏渲染，因此光栅化慎用。
第六条设置圆角会触发离屏渲染，如果在某个页面大量使用了圆角，会非常消耗性能造成FPS急剧下降，设置圆角触发离屏渲染要同时满足下面两个条件:

layer.masksToBounds = YES;
layer.cornerRadius = 5;

下图是给一个label设置了圆角，触发离屏渲染：

Instruments性能优化-Core Animation

离屏渲染效果图.jpg

为了尽可能避免触发离屏渲染，我们可以换其他手段来实现必要的功能：
（1）阴影绘制shadow:使用ShadowPath来替代shadowOffset等属性的设置
imageViewLayer.shadowPath = CGPathCreateWithRect(imageRect, NULL);
（2）利用GraphicsContex生成一张带圆角的图片或者view，这里不写具体实现过程，需要的可以度娘Copy，很多现成的代码。

Color Compositing Fast-Path Blue (快速路径)

Places a blue overlay over content that is detached from the compositor.标记由硬件绘制的路径为蓝色，蓝色越多越好，可以对直接使用OpenGL绘制的图层进行高亮。没有对OpenGL有过多的研究，所以这里没办法给出demo，大家只需要记住蓝色越多越好就ok。

Flash Updated Regions (重绘区域)

Colors regions on your iOS device in yellow when those regions are updated by the graphics processor.这个选项会对重绘的内容高亮成黄色,重绘就是指使用Core Graphics绘制，绘制会损耗一定的性能，因此重绘区域应该越小越好。下图是用真机进入原生地图开启Flash Updated Regions 调试的效果图，很可惜截屏不能截到黄色的区域，因此我用红框圈起来，一共两处，坐上角的是在不停的刷新页面，右下角是在不停的刷新当前位置，因此都是使用Core Graphics重绘刷新的一种场景，并且你可以发现黄色区域很小，区域越小性能越好。

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