iOS-UIKit性能优化-Core Animation

本文会结合Instrument分析影响性能的因素,提出优化方案并尽力解释背后的原理。

一、先通过工具排查性能问题

Command + I打开Instrument,本文主要用到的是Core Animation工具,或XCode->Open Developer Tool ->Instruments。

1. Color Blended Layers(混合过度绘制)

这个选项基于渲染程度对屏幕中的混合区域进行绿到的高亮(也就是多个半透明图层的叠加)。
GPU会放弃绘制那些完全被其他图层遮挡的像素,但是要计算出一个图层是否被遮挡也是相当复杂并且会消耗CPU的资源,同样,合并不同图层的透明重叠元素消耗的资源也很大,所以,为了快速处理,一般不要使用透明图层:

1). 给View添加一个固定、不透明的颜色。
2). 设置opaque 属性为true

但是这对性能调优的帮助并不大,因为UIView的opaque 属性默认为true,也就是说,只要不是认为设置成透明,都不会出现图层混合。

具体使用过程中如下设置:

  • UIIimageView,不仅需要自身需要不是透明的,它的图片也不能含有alpha通道。
  • UILabel:
    1.设置背景色
    2.设置setMasksToBounds(ios8以后,UILabel的layer变成了_UILabelLayer,这个图层的边缘有一圈透明的边,超出了控件本身的size)。
  • UIbutton:(from :Stack Overflow)
    1.[button.titleLabel.layer setOpaque:YES];
    2.[button.titleLabel.layer setBackgroundColor:[UIColor yellowColor].CGColor];
2. Color Offscreen- Rendered Yellow (离屏渲染)

这个上篇设置圆角的时候仔细讲过。

3. Color Copied Image (拷贝的图片)

判断图片是否包含不正确图片格式。GPU不支持的色彩格式的图片则会标记为绿色。
当我们打开JPEG格式的图片时,CPU会进行一系列运算,将JPEG图片解压成像素数据。如果GPU不支持这种数据格式,则CPU需要先进行格式转化。
苹果的GPU只解析32bit的颜色格式,每个像素有R、G、B和alpha四个值,每个值占用1字节,因此每个像素占用4字节的内存空间。每个颜色都是0~255,255转化为二进制为11111111。

4. Color Misaligned Images(未对齐图片)

它表示如果图片需要缩放则标记为黄色,如果没有像素对齐则标记为紫色。
没有正确对齐到像素边界的图片,即图片Size和imageView中的Size不匹配,会使图过程片缩放,而缩放会占用CPU。

5. Color Hits Green and Misses Red(光栅化缓存图层的命中情况)

这个选项主要是检测我们有无滥用或正确使用layer的shouldRasterize属性.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。
很多视图Layer由于Shadow、Mask和Gradient等原因渲染很高,因此UIKit提供了API用于缓存这些Layer,self.layer.shouldRasterize = true系统会将这些Layer缓存成Bitmap位图供渲染使用,如果失效时便丢弃这些Bitmap重新生成。图层Rasterization栅格化好处是对刷新率影响较小,坏处是删格化处理后的Bitmap缓存需要占用内存,而且当图层需要缩放时,要对删格化后的Bitmap做额外计算。 使用这个选项后时,如果Rasterized的Layer失效,便会标注为红色,如果有效标注为绿色。
通过Instrument的调试发现,这里使用光栅化经常出现未命中缓存的情况,如果没有特殊需要则可以关闭光栅化,光栅化会导致离屏渲染。

6. Flash Updated Regions (重绘区域)

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。

二、原理分析

ios_frame_drop.png

在 VSync 信号到来后,系统图形服务会通过 CADisplayLink 等机制通知 App,App 主线程开始在 CPU 中计算显示内容,比如视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等。随后 CPU 会将计算好的内容提交到 GPU 去,由 GPU 进行变换、合成、渲染。随后 GPU 会把渲染结果提交到帧缓冲区去,等待下一次 VSync 信号到来时显示到屏幕上。由于垂直同步的机制,如果在一个 VSync 时间内,CPU 或者 GPU 没有完成内容提交,则那一帧就会被丢弃,等待下一次机会再显示,而这时显示屏会保留之前的内容不变。这就是界面卡顿的原因。

从上面的图中可以看到,CPU 和 GPU 不论哪个阻碍了显示流程,都会造成掉帧现象。所以开发时,也需要分别对 CPU 和 GPU 压力进行评估和优化。

image

三、性能优化关键的点及流程有三个:

1.预排版

当我们获取到数据源的时候,我们需要对数据源进行计算处理,计算出UI绘制所需要的属性比如宽高、颜色等等,而且这些计算要异步去做,否则会卡住主线程,等这些数据源计算完成之后,再去处理绘制,但是如果数据源过大,计算的耗时还是在的,所以会有较长时间的等待时间,此时我们需要考虑加上等待的友好处理。

2.采用更轻量级的绘制

在绘制时,对于不需要响应触摸事件的控件,我们应该尽量避免创建UIView对象,取而代之的是使用更为轻量的CALayer,并且对于一个layer包含多个subLayer的情况时,我们可以通过图层预合成的方法,将多个subLayer合成渲染成一张图片,通过上述的处理,不仅能减少CPU在创建UIKit对象的消耗,还能减少GPU在合成和渲染上的消耗,内存的占用也会少很多。

3.异步绘制

使用异步绘制(待续。。)

4.GPU

避免离屏渲染、视图混合。

参考资料:
iOS 保持界面流畅的技巧
IM UI性能优化之异步绘制
工具的使用:
iOS 性能调优,成为一名合格iOS程序员必须掌握的技能
Instruments性能优化-Core Animation
UIKit性能调优实战讲解

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