iOS界面优化

界面优化

本文重要先容界面卡顿的原理以及优化
界面卡顿
通常来说，计算机中的表现过程是下面如许的，通过CPU、GPU、表现器协同工作来将图片表现到屏幕上
1、CPU计算好表现内容，提交至GPU2、GPU颠末渲染完成后将渲染的效果放入FrameBuffer（帧缓存区）3、随后视频控制器会按照VSync信号逐行读取FrameBuffer的数据4、颠末大概的数模转换通报给表现器举行表现最开始时，FrameBuffer只有一个，这种环境下FrameBuffer的读取和革新有很大的服从题目，为相识决这个题目，引入了双缓存区。即双缓冲机制。在这种环境下，GPU会预先渲染好一帧放入FrameBuffer，让视频控制器读取，当下一帧渲染好后，GPU会直接将视频控制器的指针指向第二个FrameBuffer。
双缓存机制虽然办理了服从题目，但是随之而言的是新的题目，当视频控制器还未读取完成时，比方屏幕内容刚表现一半，GPU将新的一帧内容提交到FrameBuffer，并将两个FrameBuffer而举行互换后，视频控制器就会将新的一帧数据的下半段表现到屏幕上，造成屏幕扯破征象
为相识决这个题目，采用了垂直同步信号机制。当开启垂直同步后，GPU会等候表现器的VSync信号发出后，才举行新的一帧渲染和FrameBuffer更新。而现在iOS装备中采用的正是双缓存区+VSync
屏幕卡顿缘故起因
在 VSync信号到来后，体系图形服务会通过 CADisplayLink 等机制关照 App，App 主线程开始在CPU中计算表现内容。随后 CPU 会将计算好的内容提交到 GPU 去，由GPU举行变动、合成、渲染。随后 GPU 会把渲染效果提交到帧缓冲区去，等候下一次 VSync 信号到来时表现到屏幕上。由于垂直同步的机制，假如在一个 VSync 时间内，CPU 大概 GPU 没有完成内容提交，则那一帧就会被抛弃，等候下一次时机再表现，而这时表现屏会保留之前的内容稳定。以是可以简朴明白掉帧为逾期不候
如下图所示，是一个表现过程，第1帧在VSync到来前，处置惩罚完成，正常表现，第2帧在VSync到来后，仍在处置惩罚中，此时屏幕不革新，仍旧表现第1帧，此时就出现了掉帧环境，渲染时就会出现显着的卡顿征象
从图中可以看出，CPU和GPU岂论是哪个拦阻了表现流程，都会造成掉帧征象，以是为了给用户提供更好的体验，在开辟中，我们必要举行卡顿检测以及相应的优化
卡顿监控

卡顿监控的方案一样平常有两种：

• FPS监控：为了保持流程的UI交互，App的革新拼搏应该保持在60fps左右，其缘故起因是由于iOS装备默认的革新频率是60次/秒，而1次革新（即VSync信号发出）的隔断是 1000ms/60 = 16.67ms，以是假如在16.67ms内没有预备好下一帧数据，就会产生卡顿
  
• 主线程卡顿监控：通过子线程监测主线程的RunLoop，判定两个状态（kCFRunLoopBeforeSources 和 kCFRunLoopAfterWaiting）之间的耗时是否到达肯定阈值
  

FPS监控 案例

FPS的监控，参照YYKit中的YYFPSLabel，重要是通过CADisplayLink实现。借助link的时间差，来计算一次革新革新所需的时间，然后通过 革新次数 / 时间差 得到革新频次，并判定是否其范围，通过表现差别的笔墨颜色来表现卡顿严肃程度。代码实现如下：
CADisplayLink 译为：绑定在垂直同步信号的计时器timer, 60fps环境下->VSync(16.67ms/次)
class RCFPSLabel: UILabel {    fileprivate var link: CADisplayLink = {        let link = CADisplayLink.init()        return link    }()        fileprivate var count: Int = 0    fileprivate var lastTime: TimeInterval = 0.0    fileprivate var fpsColor: UIColor = {        return UIColor.green    }()    fileprivate var fps: Double = 0.0        override init(frame: CGRect) {        var f = frame        if f.size == CGSize.zero {            f.size = CGSize(width: 80.0, height: 22.0)        }                super.init(frame: f)                self.textColor = UIColor.white        self.textAlignment = .center        self.font = UIFont.init(name: "Menlo", size: 12)        self.backgroundColor = UIColor.lightGray        //通过假造类        link = CADisplayLink.init(target: RCLWeakProxy(target:self), selector: #selector(tick(_))        link.add(to: RunLoop.current, forMode: RunLoop.Mode.common)    }        required init?(coder: NSCoder) {        fatalError("init(coder has not been implemented")    }        deinit {        link.invalidate()    }        @objc func tick(_ link: CADisplayLink){        guard lastTime != 0 else {            lastTime = link.timestamp            return        }                count += 1        //时间差        let detla = link.timestamp - lastTime        guard detla >= 1.0 else {            return        }                lastTime = link.timestamp        //革新次数 / 时间差 = 革新频次        fps = Double(count) / detla        let fpsText = "\(String.init(format: "%.2f", fps)) FPS"        count = 0                let attrMStr = NSMutableAttributedString(attributedString: NSAttributedString(string: fpsText))        if fps > 55.0 {            //流畅            fpsColor = UIColor.green        }else if (fps >= 50.0 && fps <= 55.0){            //一样平常            fpsColor = UIColor.yellow        }else{            //卡顿            fpsColor = UIColor.red        }                attrMStr.setAttributes([NSAttributedString.Key.foregroundColor: fpsColor], range: NSMakeRange(0, attrMStr.length - 3))        attrMStr.setAttributes([NSAttributedString.Key.foregroundColor: UIColor.white], range: NSMakeRange(attrMStr.length - 3, 3))                DispatchQueue.main.async {            self.attributedText = attrMStr        }    }}假如只是简朴的监测，使用FPS富足了。
主线程卡顿监控

除了FPS，还可以通过RunLoop来监控，由于卡顿的是事务，而事务是交由主线程的RunLoop处置惩罚的。
实现思绪：检测主线程每次实行消息循环的时间，当这个时间大于规定的阈值时，就记为发生了一次卡顿。这个也是微信卡顿三方matrix的原理
以下是一个浅易版RunLoop监控的实现
import UIKitclass RCBlockMonitor: NSObject {        static let share = RCBlockMonitor.init()        fileprivate var semaphore: DispatchSemaphore!    fileprivate var timeoutCount: Int!    fileprivate var activity: CFRunLoopActivity!        private override init() {        super.init()    }        public func start(){        //监控两个状态        registerObserver()                //启动监控        startMonitor()    }}fileprivate extension RCBlockMonitor{        func registerObserver(){        let controllerPointer = Unmanaged<RCBlockMonitor>.passUnretained(self).toOpaque()        var context: CFRunLoopObserverContext = CFRunLoopObserverContext(version: 0, info: controllerPointer, retain: nil, release: nil, copyDescription: nil)        let observer: CFRunLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(nil, CFRunLoopActivity.allActivities.rawValue, true, 0, { (observer, activity, info) in                        guard info != nil else{                return            }                        let monitor: RCBlockMonitor = Unmanaged<RCBlockMonitor>.fromOpaque(info!).takeUnretainedValue()            monitor.activity = activity            let sem: DispatchSemaphore = monitor.semaphore            sem.signal()                    }, &context)                CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, CFRunLoopMode.commonModes)    }        func  startMonitor(){        //创建信号        semaphore = DispatchSemaphore(value: 0)        //在子线程监控时长        DispatchQueue.global().async {            while(true){                // 超时时间是 1 秒，没有比及信号量，st 就未便是 0， RunLoop 全部的使命                let st = self.semaphore.wait(timeout: DispatchTime.now()+1.0)                if st != DispatchTimeoutResult.success {                    //监听两种状态kCFRunLoopBeforeSources 、kCFRunLoopAfterWaiting，                    if self.activity == CFRunLoopActivity.beforeSources || self.activity == CFRunLoopActivity.afterWaiting {                                                self.timeoutCount += 1                                                if self.timeoutCount < 2 {                            print("timeOutCount = \(self.timeoutCount)")                            continue                        }                        // 一秒左右的衡量尺度 很大大概性一连来 克制大规模打印!                        print("检测到高出两次一连卡顿")                    }                }                self.timeoutCount = 0            }        }    }}使用时，直接调用即可
RCBlockMonitor.share.start()也可以直接使用三方库

• Swift的卡顿检测第三方ANREye，其重要思绪是：创建子线程举行循环监测，每次检测时设置标志置为true，然后派发使命到主线程，标志置为false，接着子线程就寝高出阈值时，判定标志是否为false，假如没有，阐明主线程发生了卡顿
  
• OC可以使用 微信matrix、滴滴DoraemonKit
  

界面优化

• CPU层面的优化
  
• 1、只管用轻量级的对象取代重量级的对象，可以对性能有所优化，比方 不必要相应触摸事件的控件，用CALayer取代UIView
  
• 2.只管镌汰对UIView和CALayer的属性修改
  
  
  
  • CALayer内部并没有属性，当调用属性方法时，其内部是通过运行时resolveInstanceMethod为对象临时添加一个方法，并将对应属性值生存在内部的一个Dictionary中，同时还会关照delegate、创建动画等，非常耗时
    
  
  
• UIView干系的表现属性，比方frame、bounds、transform等，实际上都是从CALayer映射来的，对其举行调解时，斲丧的资源比一样平常属性要大
  
• 3、当有大量对象开释时，也是非常耗时的，只管挪到配景线程去开释
  
• 4、只管提前计算视图布局，即预排版，比方cell的行高
  
• 5、Autolayout在简朴页面环境下们可以很好的提拔开辟服从，但是对于复杂视图而言，会产生严肃的性能题目，随着视图数目标增长，Autolayout带来的CPU斲丧是呈指数上升的。以是只管使用代码布局。假如不想手动调解frame等，也可以借助三方库，比方Masonry（OC）、SnapKit（Swift）、ComponentKit、AsyncDisplayKit等
  
• 6、文本处置惩罚的优化：当一个界面有大量文本时，其行高的计算、绘制也是非常耗时的
  
  
  
  • 1）假如对文本没有特别要求，可以使用UILabel内部的实现方式，且必要放到子线程中举行，克制壅闭主线程
    
    
    
    • 计算文本宽高：[NSAttributedString boundingRectWithSizeptions:context:]
      
    • 文本绘制：[NSAttributedString drawWithRectptions:context:]
      
    
    
  • 2）自界说文本控件，使用TextKit 或最底层的CoreText 对文本异步绘制。而且CoreText 对象创建好后，能直接获取文本的宽高等信息，克制了多次计算（调解和绘制都必要计算一次）。CoreText直接使用了CoreGraphics占用内存小，服从高
    
  
  
• 7、图片处置惩罚（解码 + 绘制）
  
• 1）当使用UIImage 或 CGImageSource 的方法创建图片时，图片的数据不会立刻解码，而是在设置时解码（即图片设置到UIImageView/CALayer.contents中，然后在CALayer提交至GPU渲染前，CGImage中的数据才举行解码）。这一步是无可克制的，且是发生在主线程中的。想要绕开这个机制，常见的做法是在子线程中先将图片绘制到CGBitmapContext，然后从Bitmap 直接创建图片，比方SDWebImage三方框架中对图片编解码的处置惩罚。这就是Image的预解码
  
• 2)当使用CG开头的方法绘制图像到画布中，然后从画布中创建图片时，可以将图像的绘制在子线程中举行
  
• 8、图片优化
  
• 1）只管使用PNG图片，倒霉用JPGE图片
  
• 2）通过子线程预解码，主线程渲染，即通过Bitmap创建图片，在子线程赋值image
  
• 3）优化图片大小，只管克制动态缩放
  
• 4）只管将多张图合为一张举行表现
  
• 9、只管克制使用透明view，由于使用透明view，会导致在GPU中计算像素时，会将透明view下层图层的像素也计算进来，即颜色混淆处置惩罚，可以参考 OpenGL 渲染本领：深度测试、多边形偏移、 混淆这篇文章中提及的混淆
  
• 10、按需加载，比方在TableView中滑动时不加载图片，使用默认占位图，而是在滑动克制时加载
  
• 11、少使用addView 给cell动态添加view
  

GPU层面优化

相对于CPU而言，GPU重要是接收CPU提交的纹理+极点，颠末一系列transform，终极混归并渲染，输出到屏幕上。

• 1、只管镌汰在短时间内大量图片的表现，尽大概将多张图片合为一张表现，重要是由于当有大量图片举行表现时，无论是CPU的计算还是GPU的渲染，都是非常耗时的，很大概出现掉帧的环境
  
• 2、只管克制图片的尺寸高出4096×4096，由于当图片高出这个尺寸时，会先由CPU举行预处置惩罚，然后再提交给GPU处置惩罚，导致额外CPU资源斲丧
  
• 3、只管镌汰视图数目和条理，重要是由于视图过多且重叠时，GPU会将其混淆，混淆的过程也是非常耗时的
  
• 4、只管克制离屏渲染，深入分析【离屏渲染】原理
  
• 异步渲染，比方可以将cell中的全部控件、视图合成一张图片举行表现。可以参考Graver
  

注：上述这些优化方式的落地实现，必要根据自身项目举行评估，公道的使用举行优化

增补：
一.卡顿的原理
VSync垂直同步：本质是同步的时间段内完成一次->计算(CPU)和渲染(GPU)
二.卡顿的监测
1.YYKit -> YYFPSLabel卡顿监测
CADisplayLink 译为：绑定在垂直同步信号的计时器timer, VSync(16.67ms/次)
YYFPSLabel：可以单独拷贝到工程，做debug
2.runloop卡顿监测
依赖于 CFRunloopActivity activity;
CFRunloopOberserverCreate 添加观察,观察它 kCFRunloopAllActivities 回调之后发送信号semahpore
CFRunloopAddObserver(which-one-runloop,observer,kCFRunloopCommonModes)
3.Matrix (微信的方法)
4.监测主线程(滴滴方案) 重要监测主线程：在主线程发送信号，子线程接收信号，主线程卡顿时则无法发出信号，子线程的使命就没办法实行。
三.界面优化之 预排版-预计算
哀求网络 / 获取数据(json + frame_height + 富文本) /
重要明白思绪：mode 改酿成 layoutMode
四.界面优化之 预解码
1.图片为什么要预解码？
UIimage模子(dataBuffer,imageBuffer)
预解码 处置惩罚图片data -> dataBuffer -> decode -> imageBuffer -> frameBuffer(渲染)
预解码的原理：便是将原图解码的动作放到子线程区完成，
2.按需加载 通过scollview的滚动状态决议加载的必要。
3.异步渲染 框架Graver