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iOS开发：性能优化与调试

发表于 2018/10/25
作者 Ryn
15 分钟读完

性能优化

在进行iOS性能优化之前，我们需要先评估应用程序的性能。常见的iOS性能指标包括以下几个方面：

  • 启动时间：应用程序从点击图标到完全启动所需的时间。
  • 帧率：应用程序每秒钟显示的帧数。
  • 内存使用：应用程序占用的内存大小。
  • CPU使用率：应用程序占用CPU的百分比。

iOS性能瓶颈

iOS应用程序的性能瓶颈通常包括以下几个方面：

  • 启动时间过长
  • 内存泄漏
  • 频繁调用耗时操作
  • 视图渲染和布局过慢
  • 频繁的网络请求和数据库查询

应用程序启动时间优化

减少冷启动时间

冷启动是指应用程序第一次运行时的启动。可以通过以下方式来减少冷启动时间：

  • 使用静态库而不是动态库
  • 在应用程序启动时尽可能少地加载资源
  • 合理使用懒加载

减少热启动时间

热启动是指应用程序已经运行过一次后再次启动。可以通过以下方式来减少热启动时间：

  • 使用缓存机制
  • 合理利用预加载和预渲染技术
  • 使用后台运行和快速恢复功能

内存管理

内存管理是iOS应用程序中最重要的性能优化之一。即使在具有高级内存管理功能的ARC下，仍然需要注意内存的分配和释放。

使用ARC自动管理内存

ARC（Automatic Reference Counting）是一种自动管理对象生命周期的技术。它可以自动跟踪对象的引用计数，当没有任何对象引用该对象时，自动释放内存。使用ARC极大地简化了内存管理，避免了手动管理引用计数和内存泄漏的问题。

避免循环引用

循环引用指两个或多个对象相互引用，导致它们的引用计数不为0，从而导致内存泄漏。循环引用通常发生在block和代理中。为了避免循环引用，我们可以使用弱引用或者未持有引用来解决循环引用的问题。

例如，下面是使用__weak和__strong关键字避免循环引用的示例：

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// 定义一个weakSelf变量
__weak typeof(self) weakSelf = self;
// 异步执行block，使用weakSelf避免循环引用
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 在子线程中处理一些任务
    // 将结果返回到主线程
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        __strong typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
        if (strongSelf) {
            // 更新UI界面
        }
    });
});

使用轻量级对象代替重量级对象

使用轻量级对象可以减少内存占用和提高性能。例如，使用NSNumber代替NSString来保存数字。虽然NSString也可以保存数字，但它比NSNumber更耗费内存。

使用懒加载避免不必要的内存分配

懒加载是一种延迟初始化技术，可以在需要时才分配内存。这有助于避免不必要的内存分配和浪费资源。例如，在UITableView中，我们可以使用懒加载来创建和配置UITableViewCell对象。

例如，下面是使用懒加载创建和配置UITableViewCell对象的示例代码：

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- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    static NSString *cellIdentifier = @"Cell";
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:cellIdentifier];
    if (!cell) {
        cell = [[UITableViewCell alloc] initWithStyle:UITableViewCellStyleDefault reuseIdentifier:cellIdentifier];
    }
    // 懒加载图片
    if (!cell.imageView.image) {
    		cell.imageView.image = [UIImage imageNamed:@"defaultImage"];
		}
		// 配置cell
		cell.textLabel.text = @"Example";
		return cell;
}

图像和动画

减少图像大小

在iOS应用程序中，减少图像大小可以显著提高性能和响应速度。我们可以使用图像压缩工具或调整图像质量来减小图像大小。

缓存图像和动画

缓存图像和动画可以避免重复加载和减少网络请求。我们可以使用NSCache或SDWebImage等第三方库来实现缓存。

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@property (nonatomic, strong) NSCache *imageCache;

- (void)downloadImageWithURL:(NSURL *)url completionBlock:(void (^)(UIImage *))completionBlock {
    UIImage *cachedImage = [self.imageCache objectForKey:url.absoluteString];
    if (cachedImage) {
        completionBlock(cachedImage);
    } else {
        NSURLSessionDataTask *task = [[NSURLSession sharedSession] dataTaskWithURL:url completionHandler:^(NSData *data, NSURLResponse *response, NSError *error) {
            if (data && !error) {
                UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
                [self.imageCache setObject:image forKey:url.absoluteString            ];
            completionBlock(image);
        		} else {
            		NSLog(@"Failed to download image: %@", error);
        		}
    		}];
    		[task resume];
		}
}

使用CAShapeLayer代替UIImageView提高图像渲染性能

CAShapeLayer是一种基于矢量图形的图层，可以用来绘制简单的图形和路径。与UIImageView相比，CAShapeLayer具有更好的图像渲染性能。

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// 创建CAShapeLayer对象
CAShapeLayer *circleLayer = [CAShapeLayer layer];
// 设置填充色
circleLayer.fillColor = [UIColor whiteColor].CGColor;
// 设置线条颜色和宽度
circleLayer.strokeColor = [UIColor redColor].CGColor;
circleLayer.lineWidth = 2.0f;
// 设置路径
CGPoint center = CGPointMake(self.bounds.size.width/2, self.bounds.size.height/2);
CGFloat radius = MIN(self.bounds.size.width, self.bounds.size.height)/2 - circleLayer.lineWidth/2;
UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:center radius:radius startAngle:0 endAngle:M_PI*2 clockwise:YES];
circleLayer.path = path.CGPath;
// 添加CAShapeLayer对象到父视图中
[self.layer addSublayer:circleLayer];

少用视图涂层的圆角和阴影

在iOS应用程序中，添加视图涂层的圆角和阴影可以增强UI效果，但也会降低性能。为了提高性能，我们应该尽可能减少它们的使用。

网络请求

使用异步请求

同步请求会阻塞主线程，导致应用程序无响应。可以使用异步请求来避免这个问题。我们可以使用NSURLSession或AFNetworking等网络库来实现异步请求。

使用缓存避免网络请求

缓存可以减少从网络加载数据的次数，从而提高应用程序的响应速度。我们可以使用NSURLCache或SDWebImage等第三方库来实现缓存。

合并多个请求以减少网络通信次数

在iOS应用程序中，合并多个请求可以减少网络通信次数和提高性能。我们可以使用NSURLSession或AFNetworking等网络库来实现请求合并。

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//将多个请求合并为一个，以减少网络通信时间
NSArray *urls = @[@"http://example.com/data1", @"http://example.com/data2", @"http://example.com/data3"];
NSMutableArray *results = [NSMutableArray array];
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
for (NSString *url in urls) {
    dispatch_group_enter(group);
    NSURLSessionDataTask *task = [[NSURLSession sharedSession] dataTaskWithURL:[NSURL URLWithString:url] completionHandler:^(NSData *data, NSURLResponse *response, NSError *error) {
        if (data && !error) {
            [results addObject:data];
        } else {
            NSLog(@"Failed to download data: %@", error);
        }
        dispatch_group_leave(group);
    }];
    [task resume];
}
dispatch_group_notify(group, dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 处理响应数据
});

多线程

在主线程外执行耗时操作

长时间运行的操作会阻塞主线程，导致应用程序无响应，应该在主线程外执行这些操作。

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//在主线程之外执行耗时的操作
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 耗时操作

    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // update UI
    });
});

使用GCD或NSOperationQueue来管理线程

GCD和NSOperationQueue都是iOS开发中常用的线程管理工具，它们可以帮助我们更好地管理线程和并发任务。

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//使用GCD执行后台任务
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    // 后台任务

    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        // update UI
    });
});

//使用NSOperationQueue管理并发任务
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue.maxConcurrentOperationCount = 4; // 限制最大并发数
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    [queue addOperationWithBlock:^{
        // 并发任务

        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            // update UI
        }];
    }];
}

避免使用过多的线程

使用过多的线程会增加系统负担，降低应用程序的性能和稳定性。因此，我们应该尽可能减少线程的数量，并使用线程池等技术来管理线程。

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//限制线程数量并使用线程池来管理线程
dispatch_queue_t queue = dispatch_queue_create("com.example.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
dispatch_semaphore_t semaphore = dispatch_semaphore_create(4); // 限制最大并发数
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    dispatch_semaphore_wait(semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    dispatch_async(queue, ^{
        // 并发任务

        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            // update UI
        });
        dispatch_semaphore_signal(semaphore);
    });
}

性能测试

使用Instruments进行性能分析

Instruments是Xcode中一个强大的性能分析工具。它允许我们收集各种性能数据，并可视化这些数据以便更好地理解应用程序的性能瓶颈。

常用的有：

Time Profiler：用于分析应用程序的CPU使用情况。它会记录应用程序中每个方法的执行时间，并显示它们所占用的CPU时间百分比。

Allocations：用于分析应用程序的内存使用情况。它会记录应用程序中每个对象的内存使用情况，并显示它们所占用的内存量。

Leak：用于检测应用程序中的内存泄漏。它会记录应用程序中每个对象的内存使用情况，并检测未释放的内存。

用法：

  1. 在Xcode中打开要调试的应用程序项目。
  2. 单击Xcode窗口顶部的“Product”菜单，选择“Profile”。
  3. 选择要分析的模板，如Time Profiler或Allocations。
  4. 单击“Record”按钮开始分析。
  5. 分析结束后，查看结果并确定性能瓶颈。

使用时间测量函数

使用时间测量函数可以帮助我们测量代码执行时间，从而找到性能瓶颈。

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NSTimeInterval start = [NSDate timeIntervalSinceReferenceDate];
NSTimeInterval end = [NSDate timeIntervalSinceReferenceDate];
NSLog(@"Elapsed time: %f seconds", end - start);

进行压力测试

进行压力测试可以帮助我们评估应用程序在高负载下的表现，并找到性能瓶颈。

使用Xcode Profiling进行性能优化

Xcode Profiling是一款强大的性能优化工具，可以帮助我们定位代码中的性能瓶颈并进行优化。

调试

打断点

控制台输出日志

错误处理

NSError

在应用程序中出现错误时，可以使用NSError对象来封装和传递错误信息。NSError对象可以包含错误码、错误描述等信息，方便错误处理和调试。

添加异常处理程序以捕获并处理异常

在应用程序中加入适量的异常处理程序，可以帮助开发者更好地捕获和处理异常，避免应用程序因为异常而崩溃。可以使用try-catch语句来捕获异常，并在catch块中对异常进行处理。

LLDB

LLDB是Xcode中的默认调试器。它允许我们在运行时查看变量的值、执行代码和设置断点。以下是一些常用的LLDB命令：

  • po：打印对象或变量的值。
  • frame variable：打印当前帧中的所有变量。
  • bt：打印当前调用堆栈。
  • c：继续执行代码。
  • n：执行下一行代码。
  • s：进入函数或方法中。

Instruments

过早优化是万恶之源。

过早优化是万恶之源

iOS, Objective-C
性能优化
本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权
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iOS开发：自动布局

iOS中Font Awesome图标字体的使用