Instruments

记录下学习的要点，内容来自Practical Instruments

Time Profier

Time Profiler分析原理：它按照固定的时间间隔来跟踪每一个线程的堆栈信息，通过统计比较时间间隔之间的堆栈状态，来推算某个方法执行了多久，并获得一个近似值。其实从根本上来说与我们的原始分析方法异曲同工，只不过其将各个方法消耗的时间统计起来。

一些使用的快捷键介绍：

Option+滚动 放大或者缩小区域
Option+左键 快速的展开

推荐视频

Using Time Profiler in Instruments

Call Tree选项：

Separate by Thread: 每个线程应该分开考虑。只有这样你才能揪出那些大量占用CPU的”重”线程
Invert Call Tree: 从上倒下跟踪堆栈,这意味着你看到的表中的方法,将已从第0帧开始取样,这通常你是想要的,只有这样你才能看到CPU中话费时间最深的方法.也就是说FuncA{FunB{FunC}} 勾选此项后堆栈以C->B-A 把调用层级最深的C显示在最外面
Hide System Libraries: 勾选此项你会显示你app的代码,这是非常有用的. 因为通常你只关心cpu花在自己代码上的时间不是系统上的
Flatten Recursion: 递归函数, 每个堆栈跟踪一个条目
Top Functions: 一个函数花费的时间直接在该函数中的总和，以及在函数调用该函数所花费的时间的总时间。因此，如果函数A调用B，那么A的时间报告在A花费的时间加上B花费的时间,这非常真有用，因为它可以让你每次下到调用堆栈时挑最大的时间数字，归零在你最耗时的方法。

图片加载的性能问题

可参考:

谈谈 iOS 中图片的解压缩
Advanced Graphics and Animations for iOS Apps

在Time Profier中，可发现图片显示的解码都是在主线程的

如果有大量的图片需要解码，则会耗费大量的时间，带来不好的用户体验，所以可以把图片的解码放在后台中
如下的AsyncImageView

import UIKitclass AsyncImageView: UIView {private var _image: UIImage?var image: UIImage? {get {return _image}set {_image = newValuelayer.contents = nilguard let image = newValue else { return }DispatchQueue.global(qos: .userInitiated).async {let decodedImage = self.decodedImage(image)DispatchQueue.main.async {self.layer.contents = decodedImage?.cgImage}}}}func decodedImage(_ image: UIImage) -> UIImage? {guard let newImage = image.cgImage else { return nil }let cachedImage = AsyncImageView.globalCache.object(forKey: image)if let cachedImage = cachedImage as? UIImage {return cachedImage}let colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB()let context = CGContext(data: nil, width: newImage.width, height: newImage.height, bitsPerComponent: 8, bytesPerRow: newImage.width * 4, space: colorSpace, bitmapInfo: CGImageAlphaInfo.noneSkipFirst.rawValue)context?.draw(newImage, in: CGRect(x: 0, y: 0, width: newImage.width, height: newImage.height))let drawnImage = context?.makeImage()if let drawnImage = drawnImage {let decodedImage = UIImage(cgImage: drawnImage)AsyncImageView.globalCache.setObject(decodedImage, forKey: image)return decodedImage}return nil}
}extension AsyncImageView {struct Static {static var cache = NSCache<AnyObject, AnyObject>()}class var globalCache: NSCache<AnyObject, AnyObject> {get { return Static.cache }set { Static.cache = newValue }}}

优化启动

两种启动

冷启动(Cold Launches):当app长时间没有被启动或者device被rebooted
热启动(Warm Launches):是指app需要的一些dylibs任然存在于device的disk缓存中

可参考iOS 启动时优化

在main()方法运行之前，发生的事情：

dylib loading
rebase/binding
Obj-C Setup
Initializers

可参考优化 App 的启动时间的一些解释

冷启动(Cold launch)耗时才是我们需要测量的重要数据，为了准确测量冷启动耗时，测量前需要重启设备。在 main() 方法执行前测量是很难的，好在 dyld 提供了内建的测量方法：在 Xcode 中 Edit scheme -> Run -> Auguments 将环境变量 DYLD_PRINT_STATISTICS 设为 YES，可以输出main()方法被调用之前耗费了多少时间：

控制台输出的内容大概如下，注意运行前重启测试设备：

Total pre-main time: 421.28 milliseconds (100.0%)dylib loading time: 252.24 milliseconds (59.8%)rebase/binding time:  31.76 milliseconds (7.5%)ObjC setup time:  25.56 milliseconds (6.0%)initializer time: 111.63 milliseconds (26.4%)slowest intializers :libSystem.B.dylib :   4.73 milliseconds (1.1%)AFNetworking :  14.82 milliseconds (3.5%)AsyncDisplayKit :  77.89 milliseconds (18.4%)Catstagram :  43.14 milliseconds (10.2%)

可发现大部分的时间都花费在了dylib loading。这个测试的工程项目，使用CocoaPods加载了许多动态库，如AFNetworking、AsyncDisplayKit等，如下：

现在再热启动一下，输出结果如下：

Total pre-main time: 241.62 milliseconds (100.0%)dylib loading time: 149.82 milliseconds (62.0%)rebase/binding time:   7.30 milliseconds (3.0%)ObjC setup time:  12.63 milliseconds (5.2%)initializer time:  71.44 milliseconds (29.5%)slowest intializers :libSystem.B.dylib :   2.44 milliseconds (1.0%)AFNetworking :   7.52 milliseconds (3.1%)AsyncDisplayKit :  55.79 milliseconds (23.0%)Catstagram :  24.86 milliseconds (10.2%)

现在使用静态库试一下，注释掉Podfile中的use_frameworks!，pod install之后，如下：

重启设备，再运行，冷启动，输出如下：

Total pre-main time: 361.91 milliseconds (100.0%)dylib loading time: 222.27 milliseconds (61.4%)rebase/binding time:  32.18 milliseconds (8.8%)ObjC setup time:  11.53 milliseconds (3.1%)initializer time:  95.84 milliseconds (26.4%)slowest intializers :libSystem.B.dylib :   4.71 milliseconds (1.3%)Catstagram : 157.16 milliseconds (43.4%)

热启动，输出入如下：

Total pre-main time: 194.98 milliseconds (100.0%)dylib loading time: 121.41 milliseconds (62.2%)rebase/binding time:   1.88 milliseconds (0.9%)ObjC setup time:   6.39 milliseconds (3.2%)initializer time:  65.22 milliseconds (33.4%)slowest intializers :libSystem.B.dylib :   2.40 milliseconds (1.2%)Catstagram : 111.07 milliseconds (56.9%)

静态库和动态库的区别，参考OS静态库【.a 和framework】【超详细】

静态库：链接时完整地拷贝至可执行文件中，被多次使用就有多份冗余拷贝。
动态库：链接时不复制，程序运行时由系统动态加载到内存，供程序调用，系统只加载一次，多个程序共用，节省内存。[ios暂时只允许使用系统动态库]；
静态库和动态库是相对编译期和运行期的：静态库在程序编译时会被链接到目标代码中，程序运行时将不再需要改静态库；而动态库在程序编译时并不会被链接到目标代码中，只是在程序运行时才被载入，因为在程序运行期间还需要动态库的存在。
总结：同一个静态库在不同程序中使用时，每一个程序中都得导入一次，打包时也被打包进去，形成一个程序。而动态库在不同程序中，打包时并没有被打包进去，只在程序运行使用时，才链接载入（如系统的框架如UIKit、Foundation等），所以程序体积会小很多，但是苹果不让使用自己的动态库，否则审核就无法通过。

main()方法之后加载过程

UIApplicationMain()
application(_:willFinishLaunchingWithOptions:)
didFinishLaunchingWithOptions(_:)

当第一个CATransaction is committed，system会认为加载完成

使用Instruments中的Time Profier，来检测下：

会发现启动时间达到3.11s，而willFinishLaunchingWithOptions其中的CoolLogger.reportLogs()方法，耗时1.2s之久，需要优化，如下：

        DispatchQueue.global(qos: .background).async {CoolLogger.reportLogs()}

改进之后，启动时间为106.18ms，如下：

内存相关

主要用来检测是否有循环引用、内存泄露、僵尸对象等。
可使用的工具：

Instruments中的Allocations、Leaks
Xcode的Memory Graph Debug Tool

参考iOS 性能优化：Instruments 工具的救命三招

Memory Graph Debug Tool

如下图示：

Core Animation

Core Animation可以用来优化显示

这里主要讲了2个问题，Alpha Blending和Offscreen Rendering(离屏渲染)
其实这些都可以在模拟器中的Debug选项下来调试，可参考浅谈iOS中的视图优化

Alpha Blending

很多情况下，界面都是会出现多个UI控件叠加的情况，如果有透明或者半透明的控件，那么GPU会去计算这些这些layer最终的显示的颜色，也就是我们肉眼所看到的效果

在Core Animation的Debug Options中勾选Color Blended Layers，如下：

在Xcode9中，Debug Options就没有了，参考Xcode9.3之后使用Instruments 调试 Core Animation

就这个示例的项目来说，选中Color Blended Layers后，红色显示的表示就是有图层混合的问题，如下，是未优化之前的显示效果：

这里出现问题的原因是，创建label的时候，没有指定backgroundColor，其默认就是clear color，所以会有图层混合的问题。因此简单的解决办法就是为label指定backgroundColor，这里简单的指定一个white就行，跳转后，显示效果如下：

离屏渲染

关于离屏渲染不错的文章离屏渲染优化详解：实例示范+性能测试

官方公开的的资料里关于离屏渲染的信息最早是在 2011年的 WWDC，在多个 session 里都提到了尽量避免会触发离屏渲染的效果，包括：mask, shadow, group opacity, edge antialiasing。

教程的这里例子中，使用了shadow，所以触发了离屏渲染，使用Core Animation工具，勾选Color Offscreen-Renderd Yellow，显示效果如下，黄色区域表示使用了离屏渲染：

这里使用NSShadow来代替原来view.layer上的shadow设置：

        for view in [photoDescriptionLabel, userNameLabel] {/*view.layer.shadowColor = UIColor.lightGray.cgColorview.layer.shadowOffset = CGSize(width: 0.0, height: 5.0)view.layer.shadowOpacity = 1.0view.layer.shadowRadius = 5.0*/let shadow = NSShadow();shadow.shadowColor = UIColor.lightGrayshadow.shadowOffset = CGSize(width: 0.0, height: 5.0)shadow.shadowBlurRadius = 5.0if let mutableAttributedString = view.attributedText as? NSMutableAttributedString {let range = NSRange(location: 0, length: mutableAttributedString.string.characters.count)mutableAttributedString.addAttribute(NSShadowAttributeName, value: shadow, range: range)}}

调整后的结果如下：

圆角

在上面的例子中，还有一个问题，就是头像任然存在离屏渲染的问题，如何解决？
还是通过例子来说明：
1.如下，通过设置layer的cornerRadius和设置clipsToBounds来说设置圆角

class RoundView: UIImageView {override init(frame: CGRect) {super.init(frame: frame)self.layer.cornerRadius = 100.0self.clipsToBounds = trueself.image = UIImage(named: "profPic")!self.contentMode = .scaleAspectFill}required init?(coder aDecoder: NSCoder) {fatalError("init(coder:) has not been implemented")}}

通过Core Animation中的Color Offscreen-Renderd Yellow来查看，结果如下，显示会有离屏渲染的问题：

2.第二方式是，自己绘制，通过贝塞尔曲线来裁剪圆角，主要是在draw(_:)中处理：

    override func draw(_ rect: CGRect) {let ctx = UIGraphicsGetCurrentContext()let bezierPath = UIBezierPath(roundedRect: rect, cornerRadius: 100)bezierPath.addClip()ctx?.addPath(bezierPath.cgPath)image?.draw(in: rect)}

此时，显示圆角周围是黑色的，如下：

设置isOpaque = false，就可以正常显示了：

但是这是又会出现另一个问题，图层混合，在Core Animation中选中选中Color Blended Layers，如下：

3.第三种方式，技巧就是在image之上渲染不透明的圆角

class RoundView: UIView {var image = UIImage()override init(frame: CGRect) {super.init(frame: frame)image = UIImage(named: "profPic")!contentMode = .scaleAspectFillroundifyCorners()}required init?(coder aDecoder: NSCoder) {fatalError("init(coder:) has not been implemented")}override func draw(_ rect: CGRect) {image.draw(in: rect)}func roundifyCorners() {let radius: CGFloat = 100.0let path = UIBezierPath(roundedRect: bounds, cornerRadius: 0)let circlePath = UIBezierPath(roundedRect: bounds, cornerRadius: radius)path.append(circlePath)let fillLayer = CAShapeLayer()fillLayer.path = path.cgPathfillLayer.fillRule = kCAFillRuleEvenOddfillLayer.fillColor = UIColor.orange.cgColorlayer.addSublayer(fillLayer)}
}

显示，效果如下，你会看到橙色pre-composited的圆角和一个绿色,non-alpha混合图像

可参考的文章:

Instruments性能优化-Core Animation
离屏渲染
浅谈iOS中的视图优化
离屏渲染优化详解：实例示范+性能测试
iOS 保持界面流畅的技巧
iOS-离屏渲染详解.

Energy

影响电量的主要因素：

Networking and I/O
Timers
Location Services
Motion

1.在Xcode中的show the debug navigator中的Energy Impact中查看电量

2.通过Instruments中的Energy Log模板，并结合Time Profiler一起使用，来查看影响电量的因素

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