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iOS 性能优化探索

起因

我们公司的主App在大约17年5月份前后经历了一次大版本迭代，迭代之后更换了若干个一级和二级页面，首页就在这些个一级页面之内。

17年大约11月份的时候，我们的小程序第一个版本正式上线，然后我们技术的大Leader拿来了小程序给我们看看，小程序的首页流畅性确实优于我们客户端，于是我们正式启动了性能优化。

明确优化的目标

优化的第一步，肯定是要明确我们优化具体的Case，需要达到什么样的流畅度？是fps达到60？还是要内存使用降到一个具体的数字？

讨论之后，我们最终将第一期优化定位为将首页的fps优化到60。

调研过程

虽然说是第一期将目标定位优先优化首页的流畅度，但是本着有第一次就要有第二次的原则，我还是将App中的其他流畅度敏感页面也Review了一遍代码，算是给自己留一个优化思考的方向。

Review代码发现一些比较显而易见的问题：

肆意调用数据库而没有用cache
复杂UI大量使用约束
离屏渲染
像素混合

PS：因为我们的IM系统是我们自己写的，中间又经历了公司分家，人员换了好几茬，于是就导致了在本来架构不合理的基础上，实现业务和功能的代码更是屎一样，所以IM的问题更严重。而且我们已经计划了对于IM的重构时间表，所以我会在另一篇Blog里写一下我的重构思路。

方案整理

影响流畅度的主要原因：

1、文本宽高计算、视图布局计算

2、文本渲染、图片解码、图形绘制

3、对象创建、对象调整、对象销毁

iOS 性能优化探索

CPU资源消耗原因以及解决办法：

1、对象的创建：

对象的创建会分配内存、设置属性等，会消耗CPU资源。所以尽量使用轻量对象代替，比如能用CALayer的时候尽量不用UIView，敏感位置能不用IB尽量使用纯代码手写。

推迟同一时间创建对象，推荐使用懒加载在需要使用时候创建对象。

2、对象调整

对 UIView 的这些属性进行调整时，消耗的资源要远大于一般的属性。对此你在应用中，应该尽量减少不必要的属性修改。

当视图层次调整时，UIView、CALayer 之间会出现很多方法调用与通知，所以在优化性能时，应该尽量避免调整视图层次、添加和移除视图。

3、对象销毁

当前类持有大量对象时候，其销毁时候的资源消耗就非常明显。建议创建销毁的异步队列，将需要销毁的对象放到队列中销毁。

4、布局计算

布局计算在UITableView使用中是最常见的消耗资源的地方。建议取到数据之后，异步进行计算布局并缓存下来，当复用Cell时候直接调用缓存数据。

5、AutoLayout

Autolayout 对于复杂视图来说常常会产生严重的性能问题，AutoLayout相对低效的原因是隐藏在底层的命名为”Cassowary“的约束求解系统，随着视图数量的增长，Autolayout 带来的 CPU 消耗会呈指数级上升，当Cell内约束超过25个的时候，会降低滑动的帧率。

具体：http://pilky.me/36/。

6、文本的计算以及渲染

UI中存在大量的对于文本高度的适配，可以参考：用 [NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:] 来计算文本宽高，用 -[NSAttributedString drawWithRect:options:context:] 来绘制文本。尽管这两个方法性能不错，但仍旧需要放到后台线程进行以避免阻塞主线程。

常见的文本控件（UILabel、UITextView 等），其排版和绘制都是在主线程进行的，当显示大量文本时，CPU 的压力会非常大。解决办法是利用TextKit或者是CoreText自定义文本控件。详见：YYText。

7、图片解码以及图像的绘制

当你用 UIImage 或 CGImageSource 的那几个方法创建图片时，图片数据并不会立刻解码。图片设置到 UIImageView 或者 CALayer.contents 中去，并且 CALayer 被提交到 GPU 前，CGImage 中的数据才会得到解码。这一步是发生在主线程的，并且不可避免。如果想要绕开这个机制，常见的做法是在后台线程先把图片绘制到 CGBitmapContext 中，然后从 Bitmap 直接创建图片。目前常见的网络图片库都自带这个功能。

个最常见的地方就是 [UIView drawRect:] 里面了。由于 CoreGraphic 方法通常都是线程安全的，所以图像的绘制可以很容易的放到后台线程进行。

8、文件系统的调用

NSFileManager获取一个目录获取文件信息，进行多次递归计算，stat几乎瞬间完成，NSFileManager耗时较长且消耗CPU。

GPU资源消耗原因以及解决办法：

1、纹理的渲染

当在较短时间显示大量图片时（比如 TableView 存在非常多的图片并且快速滑动时），CPU 占用率很低，GPU 占用非常高，界面仍然会掉帧。避免这种情况的方法只能是尽量减少在短时间内大量图片的显示，尽可能将多张图片合成为一张进行显示。

2、视图的混合（Blended）

视图结构过于复杂，混合的过程、会消耗很多 GPU 资源。为了减轻这种情况的 GPU 消耗，应用应当尽量减少视图数量和层次，并在不透明的视图里标明 opaque 属性以避免无用的 Alpha 通道合成。当然，这也可以用上面的方法，把多个视图预先渲染为一张图片来显示。

Blended Layers（视图混合）：在同一个区域内，存在着多个有透明度的图层，那么GPU需要更多的计算，混合上下多个图层才能得出最终像素的RGB值。

Misaligned Images（像素对齐）：逻辑像素（point）和物理像素（pixel)无法相匹配；图片的size和显示图片的imageView的size（逻辑像素（point））不相等。

3、图形的生成

CALayer 的 border、圆角、阴影、遮罩（mask），CASharpLayer 的矢量图形显示，通常会触发离屏渲染（offscreen rendering），而离屏渲染通常发生在 GPU 中。可以尝试开启 CALayer.shouldRasterize 属性，但这会把原本离屏渲染的操作转嫁到 CPU 上去。

好的方法是使用图片遮罩等方法，避免使用圆角和隐形等。详细：iOS的离屏渲染

解决方案：

1、预先计算UI布局

获取数据之后，异步计算Cell高度以及各控件高度和位置，并储存在CellLayouModel中，当每次Cell需要高度以及内部布局的时候就可以直接调用，不需要进行重复计算。

2、使用自动缓存高度

iOS 8之后出现了UITableView通过约束自动计算高度，但是因为iOS对于约束的算法问题，会导致流畅性降低，FDTemplateLayoutCell很好的优化了这个问题。

3、异步绘制

Facebook的开源项目Texture（原AsyncDisplayKit），通过利用ASDisplayNode封装了CALayer，实现了异步绘制。

第三方微博客户端墨客的是现实，当滑动时，松开手指后，立刻计算出滑动停止时 Cell 的位置，并预先绘制那个位置附近的几个 Cell，而忽略当前滑动中的 Cell。但也有缺点，快速滑动的时候有可能会出现大量空白。

3、高效图片加载

4、预加载

列表当中，当滑动到一个可以设定的位置的时候，提前获取下载下一页的数据，并绘制UI。详见：https://zhuanlan.zhihu.com/p/23418800。

5、针对Blended Layers以及Misaligned Images

Blended Layers：

尽量少的使用具有透明色的图片
尽量多的将UI部件增加背景色
减少同一像素点进行过多的颜色计算

Misaligned Images：

现象：

洋红色：UIView的frame像素不对齐，即不能换算成整数像素值。

黄色：UIImageView的图片像素大小与其frame.size不对齐，图片发生了缩放造成。

解决：

尽量使用ceil()，保证没有小数的UI绘制

尽量不实用0.01f标记UITableView或者UICollectionView的header以及footer

网络上获取的图片没有@2x和@3x的区别，需要我们缩放图片到与UIImageView对应的尺寸，且缩放后的图片的scale和[UIScreen mainScreen].scale相等，再显示出来。

其他：

下面的情况或操作会引发离屏渲染：

为图层设置遮罩（layer.mask）
将图层的layer.masksToBounds / view.clipsToBounds属性设置为true
将图层layer.allowsGroupOpacity属性设置为YES和layer.opacity小于1.0
为图层设置阴影（layer.shadow *）。
为图层设置layer.shouldRasterize=true
具有layer.cornerRadius，layer.edgeAntialiasingMask，layer.allowsEdgeAntialiasing的图层
文本（任何种类，包括UILabel，CATextLayer，Core Text等）。
使用CGContext在drawRect :方法中绘制大部分情况下会导致离屏渲染，甚至仅仅是一个空的实现。

开工

我们综合分析了下现有首页代码的代码结构，发现主要存在问题如下

较多的使用约束进行布局
每次Cell滑动进入屏幕都需要根据DataSource计算一次Cell高度，浪费时间。
像素混合等问题严重。
存在离屏渲染。
无预加载逻辑，导致滑动流畅性降低。

于是我们做了以下措施：

使用frame布局来替换约束布局。
每次拉取到数据之后，异步计算Cell高度并做为单独字段缓存在DataSource中。
按照代码规范，规避像素混合问题和离屏渲染。
在相应位置增加了预先拉取数据的逻辑，实现效果是用户没有将UI滑动到最后一条的时候，数据以及完成了拉取并刷新UI的逻辑。

总结

性能优化这个东西其实很难形成一个具体的方案，为什么这么说？因为之所以称之为优化，是因为要在原有的代码基础上进行优化，原有的代码又有各式各样的原因导致需要依照现有代码来优化，而很难完全脱离现有的情况完全参照某一种的既定方案进行优化。假如说是完全参照某一种的方案优化的话，建议还是将某一个性能敏感的页面利用Texture进行完全重写，这样才能算是整体化一的利用了某一种方案。

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