ios图像处理框架 iphone图形处理器

一、卡顿优化

在屏幕成像的过程中，CPU和GPU起着至关重要的作用。

• CPU（Central Processing Unit，中央处理器）对象的创建和销毁、对象属性的调整、布局计算、文本的计算和排版、图片的格式转换和解码、图像的绘制（Core Graphics）。
• GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）用于纹理的渲染。

iOS APP屏幕显示过程:

　　CPU计算好显示内容提交到GPU，GPU渲染完成后将渲染结果放入帧缓冲区(在iOS中是双缓冲机制，有前帧缓存、后帧缓存)，随后视频控制器会按照 VSync信号逐行读取帧缓冲区的数据，经过可能的数模转换传递给显示器显示。

屏幕显示原理:

　　我们所看到的动态的屏幕的成像其实和视频一样也是一帧一帧组成的。为了把显示器的显示过程和系统的视频控制器进行同步，显示器（或者其他硬件）会用硬件时钟产生一系列的定时信号。当电子枪换到新的一行，准备进行扫描时，显示器会发出一个水平同步信号（Horizonal Synchronization），简称 HSync；而当一帧画面绘制完成后，电子枪回复到原位，准备画下一帧前，显示器会发出一个垂直同步信号（Vertical Synchronization），简称 VSync。显示器通常以固定频率进行刷新，这个刷新率就是 VSync 信号产生的频率。

　　RunLoop有一个60fps的回调，即每16.7ms绘制一次屏幕，所以view的绘制必须在这个时间内完成，view内容的绘制是CPU的工作，然后把绘制的内容交给GPU渲染，包括多个View的拼接（Compositing）、纹理的渲染(Texture)等等，最后显示在屏幕上。但是，如果无法是16.7ms内完成绘制，就会出现丢帧的问题，一般情况下，如果帧率保证在30fps以上，界面卡顿效果不明显，那么就需要在33.4ms内完成View的绘制，而低于这个帧率，就会产生卡顿的效果，影响体验。

卡顿解决的主要思路：

CPU、GPU资源消耗

卡顿优化 -- CPU

1. 尽量用轻量级的对象，比如用不到事件处理的地方，可以考虑使用CALayer取代UIView。

self.lineLayer = ({
        CGFloat X = 0.0f;
        CGFloat Y = 0.0f;
        CGFloat W = CGRectGetWidth(self.view.frame);
        CGFloat H = 100.f;
        
        CALayer *layer = [[CALayer alloc]init];
        layer.frame = CGRectMake(X, Y, W, H);
        layer;
    });
    [self.view.layer addSublayer:self.lineLayer];

2. 不要频繁地调用UIView的相关属性，比如frame、bounds、transform等属性，尽量减少不必要的修改。

3. 尽量提前计算好布局，在有需要时一次性调整对应的属性，不要多次修改属性

4. Autolayout会比直接设置frame消耗更多的CPU资源

5. 图片的size最好刚好跟UIImageView的size保持一致

dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
   UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(imgeSize, YES, 0);
   // 绘制图像
  [image drawInRect:CGRectMake(0, 0, imgeSize.width, imgeSize.height)];
   // 取得结果
  UIImage *result = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
   // 关闭上下文
  UIGraphicsEndImageContext();

dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
   if (completion != nil) {
       completion(result);
   }
  });
});

开启模拟器，点击debug设置模拟器显示图层方式

解释:

• Color Blended Layers: 这个是检测混合图层的,如果有view有透明度的话对这一项打钩会显示红色,正常显示绿色.
• Color Misaligned Images: 打钩后这个检测图像是否变形,变形的话显示黄色.
• Color Misaligned Images打钩后显示黄色的话,表明图片变形的话,写一个方法传入图片和imageView的尺寸,返回一张这个尺寸的图片

7. 控制一下线程的最大并发数量

8. tableView不要动态创建子控件,尽可能使用懒加载,尽量少设置透明度

9. 尽量把耗时的操作放到子线程

• 文本处理（尺寸计算、绘制）
• 图片处理（解码、绘制）

卡顿优化 -- GPU

1.  尽量避免短时间内大量图片的显示，尽可能将多张图片合成一张进行显示

2. GPU能处理的最大纹理尺寸是4096x4096，一旦超过这个尺寸，就会占用CPU资源进行处理，所以纹理尽量不要超过这个尺寸

3. 尽量减少视图数量和层次

4. 减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES

5. 尽量避免出现离屏渲染

• 在OpenGL中，GPU有2种渲染方式

• On-Screen Rendering：当前屏幕渲染，在当前用于显示的屏幕缓冲区进行渲染操作
• Off-Screen Rendering：离屏渲染，在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作

• 离屏渲染之所以会特别消耗性能，是因为要创建一个屏幕外的缓冲区，然后从当屏缓冲区切换到屏幕外的缓冲区，然后再完成渲染；其中，创建缓冲区和切换上下文最消耗性能，而绘制其实不是性能损耗的主要原因。
• 哪些操作会触发离屏渲染？

• 光栅化，layer.shouldRasterize = YES
• 遮罩，   layer.mask
• 圆角，   iOS9之前同时设置layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0。（考虑通过CoreGraphics绘制裁剪圆角，或者叫美工提供圆角图片）
• 阴影，   layer.shadowXXX（如果设置了layer.shadowPath就不会产生离屏渲染）

卡顿检测

• 平时所说的“卡顿”主要是因为在主线程执行了比较耗时的操作
• 可以添加Observer到主线程RunLoop中，通过监听RunLoop状态切换的耗时，以达到监控卡顿的目的。

二、耗电优化

耗电的主要来源

• CPU处理，Processing
• 网络，Networking
• 定位，Location
• 图像，Graphics   

耗电优化

• 尽可能降低CPU、GPU功耗
• 少用定时器
• 优化I/O操作

• 尽量不要频繁写入小数据，最好批量一次性写入
• 读写大量重要数据时，考虑用dispatch_io，其提供了基于GCD的异步操作文件I/O的API。用dispatch_io系统会优化磁盘访问
• 数据量比较大的，建议使用数据库（比如SQLite、CoreData）

• 网络优化

• 减少、压缩网络数据
• 如果多次请求的结果是相同的，尽量使用缓存
• 使用断点续传，否则网络不稳定时可能多次传输相同的内容
• 网络不可用时，不要尝试执行网络请求
• 让用户可以取消长时间运行或者速度很慢的网络操作，设置合适的超时时间
• 批量传输，比如，下载视频流时，不要传输很小的数据包，直接下载整个文件或者一大块一大块地下载。如果下载广告，一次性多下载一些，然后再慢慢展示。如果下载电子邮件，一次下载多封，不要一封一封地下载

• 定位优化

• 如果只是需要快速确定用户位置，最好用CLLocationManager的requestLocation方法。定位完成后，会自动让定位硬件断电
• 如果不是导航应用，尽量不要实时更新位置，定位完毕就关掉定位服务
• 尽量降低定位精度，比如尽量不要使用精度最高的kCLLocationAccuracyBest
• 需要后台定位时，尽量设置pausesLocationUpdatesAutomatically为YES，如果用户不太可能移动的时候系统会自动暂停位置更新
• 尽量不要使用startMonitoringSignificantLocationChanges，优先考虑startMonitoringForRegion:

• 硬件检测优化

• 用户移动、摇晃、倾斜设备时，会产生动作(motion)事件，这些事件由加速度计、陀螺仪、磁力计等硬件检测。在不需要检测的场合，应该及时关闭这些硬件

三、 启动优化

先来看app启动流程

• APP的启动可以分为2种

1、冷启动（Cold Launch）：从零开始启动APP

2、热启动（Warm Launch）：APP已经在内存中，在后台存活着，再次点击图标启动APP

• APP启动时间的优化，主要是针对冷启动进行优化
  
  通过添加环境变量可以打印出APP的启动时间分析（Edit scheme -> Run -> Arguments）

1、DYLD_PRINT_STATISTICS设置为1

2、如果需要更详细的信息，那就将DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS设置为1

APP的冷启动概括为三大阶段

• dyld，Apple的动态链接器，可以用来装载Mach-O文件（可执行文件、动态库等）
  
  启动APP时，dyld所做的事情有

1.装载APP的可执行文件，同时会递归加载所有依赖的动态库

2.当dyld把可执行文件、动态库都装载完毕后，会通知Runtime进行下一步的处理

• runtime
  启动APP时，runtime所做的事情有

1.调用map_images进行可执行文件内容的解析和处理

2.在load_images中调用call_load_methods，调用所有Class和Category的+load方法

3.进行各种objc结构的初始化（注册Objc类 、初始化类对象等等）

4.调用C++静态初始化器和attribute((constructor))修饰的函数

• 到此为止，可执行文件和动态库中所有的符号(Class，Protocol，Selector，IMP，…)都已经按格式成功加载到内存中，被runtime 所管理
• main

1.APP的启动由dyld主导，将可执行文件加载到内存，顺便加载所有依赖的动态库

2.并由runtime负责加载成objc定义的结构

3.所有初始化工作结束后，dyld就会调用main函数

4.接下来就是UIApplicationMain函数，AppDelegate的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法

APP的启动优化

• dyld

• 减少动态库、合并一些动态库（定期清理不必要的动态库）
  减少Objc类、分类的数量、减少Selector数量（定期清理不必要的类、分类）
• 减少C++虚函数数量
• Swift尽量使用struct

• runtime

• 用+initialize方法和dispatch_once取代所有的attribute((constructor))、C++静态构造器、ObjC的+load

• main

• 在不影响用户体验的前提下，尽可能将一些操作延迟，不要全部都放在finishLaunching方法中
• 按需加载

四、安装包优化

安装包（IPA）主要由可执行文件、资源组成

资源（图片、音频、视频等）

• 去除没有用到的资源：
  https://github.com/tinymind/LSUnusedResources
  

  

   

可执行文件瘦身

• 编译器优化

• Strip Linked Product、Make Strings Read-Only、Symbols Hidden by Default设置为YES
• 去掉异常支持，Enable C++ Exceptions、Enable Objective-C Exceptions设置为NO， Other C Flags添加-fno-exceptions

• 利用AppCode检测未使用的代码：菜单栏 -> Code -> Inspect Code
• 编写LLVM插件检测出重复代码、未被调用的代码
• LinkMap（ https://github.com/huanxsd/LinkMap）
  一个大型的项目，只是代码段就有可能超过100M，算上armv7和arm64架构，就会超过200M。这时候检查到底是哪个类、哪个第三方库占用了太多空间，就显得尤为重要这个工具是专为用来分析项目的LinkMap文件，得出每个类或者库所占用的空间大小（代码段+数据段），方便开发者快速定位需要优化的类或静态库。　　

• 使用说明 
  1、打开LinkMap.xcodeproj，并运行，就可以看到工具界面
       



• 2、点击“选择文件”按钮，选择LinkMap文件（如何生成LinkMap详见下方的：如何获得LinkMap文件） 
  3、点击“开始”按钮，就可以看到每个类/静态库所占用的空间大小
       



• 4、点击“输出文件”，可以将结果输出到文本文档中
• 如何获得LinkMap文件 
  1.在XCode中开启编译选项Write Link Map File \n

把Write Link Map File选项设为yes，并指定好linkMap的存储位置

• 2.工程编译完成后，在编译目录里找到Link Map文件（txt类型)

　　默认的文件地址：~/Library/Developer/Xcode/DerivedData/XXX-xxxxxxxxxxxxx/Build/Intermediates/XXX.build/Debug-iphoneos/XXX.build/ \n