一文掌握iOS应用性能优化：内存、启动、渲染全方位解析

一文掌握iOS应用性能优化：内存、启动、渲染全方位解析

iOS应用的性能优化是一个系统性工程，涉及内存管理、启动速度、页面渲染等多个方面。本文将从这些维度出发，分享一系列实用的优化策略，帮助开发者打造更流畅、更高效的iOS应用。

一、内存管理与缓存策略

内存使用场景

• 临时/局部：如二级页面的数据源缓存，使用完即释放。
• 静态/全局：包括用static、const、extern声明的常量与对象（单例对象、全局数组）。

内存缓存策略

• 常规缓存：NSDictionary、NSArray、NSSet、NSPointerArray / NSMapTable / NSHashTable（支持弱引用）。
• 缓存+淘汰策略：LRU、LFU、NSCache（LFU 优先于 LRU）。

Xcode自带的内存检测工具

• instruments-Allocations：查内存分配情况。
• instruments-Leaks：动态内存分析。
• Xcode-Product-Analyze：静态内存分析。

第三方开源的内存监控组件

• Facebook的FBMemoryProfiler：分析内存使用和检测循环引用，仅检测OC。
• 腾讯的OOMDetector：监控OOM、大内存分配、内存泄漏，支持C++对象和malloc内存块。

二、场景应用

1. 启动优化

iOS冷启动分为Pre-main与main两部分。相关资料推荐：抖音-iOS启动优化系列文章。

1.1 Pre-main

具体流程：

• Dyld：动态链接器，负责余下工作。
• Load Dylibs：加载动态库（dylib与动态framework）。
• Rebase：将镜像读入内存，修正指针，以Page为单位进行签名验证。
• Bind：查询符号表，设置指向镜像外部的指针。
• Objc：读取所有类与分类，检查selector的唯一性。
• initalizers：运行程序的初始化函数。

优化策略：

• 合并自定义动态库，删除冗余的dylib。
• 将动态库转为静态库。
• 使用二进制重排。
• 减少ObjC类、方法数量。
• 减少+load方法调用。
• 减少C的constructor函数、C++静态对象。

1.2 Main

具体流程：略

优化策略：

• SDK注册使用异步并发加载。
• 避免过多串行接口操作。
• 避免启动后出现过多耗性能操作。

2. 页面渲染优化

2.1 原生页面-渲染原理

View的渲染：

View的展示由Layer实现，View主要处理Touch响应链相关的事件。当View/Layer的frame与图层结构发生改变，系统会在mainRunLoop的回调中遍历所有待处理View/Layer，实现UI的刷新。

底层渲染流程大致如下：

1. 初始化用于绘制的上下文EAGLContext；
2. 创建帧缓冲区和渲染缓冲区；
3. 添加附件；
4. 切换到帧缓冲区进行绘制；
5. 切换到屏幕缓冲区读取信息；
6. 绘制到屏幕上。

所有Bitmap最终都要由内存提交到显存，绑定为GPU Texture。

GPU的离屏渲染：

• 当前屏幕渲染：在当前屏幕缓冲区进行。
• 离屏渲染：在额外开辟的缓冲区进行。

离屏渲染主要开销包括创建新的缓冲区、屏幕缓冲区到离屏缓冲区的来回切换。iOS中主要是由于Layer的某些属性设置导致的离屏渲染，如mask、opaque、shadow、rasterize、cornerRadius。

2.2 原生页面-复杂布局

原生页面的复杂布局常见场景：

• 微博、朋友圈等样式多样化的列表页。
• 股票K线图等图形绘制页面。

低复用列表优化：

• 避免离屏渲染：注意mask、opaque、shadow、rasterize、cornerRadius属性。
• 减少视图过度绘制：Cell中的非交互图层使用Layer代替；减少图层嵌套。
• 数据加载：使用懒加载/预加载；使用异步线程实现数据的获取/加工。
• 图片预解码：把图片解码从主线程切换到子线程。

- (void)drawImage:(UIImage *)image {
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        CGImageRef imageRef = image.CGImage;
        size_t width = image.size.width;
        size_t height = image.size.height;
        size_t bitsPerComponent = CGImageGetBitsPerComponent(imageRef);
        size_t bytesPerRow = CGImageGetBytesPerRow(imageRef);
        CGColorSpaceRef space = CGImageGetColorSpace(imageRef);
        uint32_t bitmapInfo = CGImageGetBitmapInfo(imageRef);
        CGContextRef contextRef = CGBitmapContextCreate(NULL, width, height, bitsPerComponent, bytesPerRow, space, bitmapInfo);
        CGContextDrawImage(contextRef, CGRectMake(0, 0, width, height), imageRef);
        CGImageRef tImageRef = CGBitmapContextCreateImage(contextRef);
        CGContextRelease(contextRef);
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.layer.contents = (__bridge id)tImageRef;
            CGImageRelease(tImageRef);
        });
    });
}

频繁画布重绘优化：

• 统一事件源触发：使用定时器与Touch事件源的统一入口。
• 减少局部刷新：以整体数据源的变化为刷新频次。
• 减少图层嵌套：使用效率更优的CGGraphis-API。
• 使用异步绘制：在子线程绘制复杂的图层元素。

- (void)drawsAsynchronously:(void(^)(CGContextRef context))drawsBlock {
    CGSize size = self.bounds.size;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        UIGraphicsBeginImageContext(size);
        CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
        drawsBlock(context);
        UIImage *tImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
        UIGraphicsEndImageContext();
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.layer.contents = (__bridge id)tImage.CGImage;
        });
    });
}

2.3 原生页面-动画效果

UI动画往往对性能的开销比较大，iOS项目中最常见的动画包括帧动画与核心动画。

• UIImageView animations适用于帧数较少的场景。
• Gif的播放对CPU与内存的开销较大，可以使用FLAnimatedImage/YYImage（本地）、SDWebImage（网络）。
• Lottie是一个基于移动端和web端的跨平台动画框架，可以将设计好的动画导出成JSON格式，并在移动端和Web端实现动画的渲染。

动画的冲突也会出现明显的卡顿现象，可以通过异步调用的方式来规避。

核心动画包含基础动画、关键帧动画、组合动画、过度动画，可以直接调用系统提供的API实现。

2.4 Web页面优化

白屏时间长：

• 资源本地化：通过加载H5本地资源包或cdn资源拦截+本地映射。
• 骨架屏：页面加载网络数据时展示页面大致结构。

图片展示：

• 上传压缩：减少网路加载时耗。
• 图片占位：防止页面跳动。

2.5 网络加速

图片加载支持WebP：

WebP是一种同时提供了有损压缩与无损压缩的图片文件格式，派生自影像编码格式VP8，由Google开发。

具体实现流程：

1. 服务端支持图片的webp加载；
2. 通过Hook文件下载API，给图片url添加后缀‘.webp’；
3. 加载webp资源文件；
4. SDWebImage自带webp解码器；
5. webp解码成jpg/png，图片展示。

HttpDNS解析：

HttpDNS解析是使用HTTP协议进行域名解析，代替现有基于UDP的DNS协议，能够避免Local DNS造成的域名劫持问题和调度不精准问题。

具体实现流程：

1. 通过NSURLProtocol对请求进行重定向；
2. 获取域名解析后的IP信息。