iOS卡顿原因与优化

1. 卡顿简介

卡顿： 指用户在使用过程中出现了一段时间的阻塞，使得用户在这一段时间内无法进行操作，屏幕上的内容也没有任何的变化。

卡顿作为App的重要性能指标，不仅影响着用户体验，更关系到用户留存、DAU等重要产品数据。因此，需要关注APP的卡顿

2. 卡顿产生的原因

首先，屏幕上看到的所有内容都是计算机绘制出来的图像

帧率：Frames Per Second(fps)，表示每秒渲染帧数，
通常用于衡量画面的流畅度，每秒帧数越多，则表示画面越流畅。

通常，60fps比较流畅，也就是60张/秒，每张图片需要的渲染时间大约是：
1s/60张 = 1000ms/60张 = 16.7ms/1张

也就是1张图像在16.7ms内出现一次，就不会造成卡顿现象。

• 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
• GPU 进行变换、合成、渲染，把渲染结果提交到帧缓冲区去，在下一次 VSync 信号到来时显示到屏幕上

卡顿产生的原因：当单位时间内，界面要刷新的时候，CPU或GPU由于计算量大，没有做好准备，
就会造成界面显示前一个时间段的界面，从而造成卡顿、掉帧现象

3. 如何避免卡顿

核心： 减少CPU、GPU的资源消耗

CPU

1. 创建对象：对象的创建会分配内存、调整属性，因此，尽量使用轻量级的对象
2. 布局计算：视图布局的计算是 App 中最为常见的消耗 CPU 资源的地方，不要频繁的调用UIView的相关属性；尽量提前计算好布局，在有需要时一次性调整到对应的属性，不要多次、频繁的计算和调整这些属性
3. 线程处理：控制一下线程的最大并发数量；尽量把耗时的操作放到子线程，包括：文本计算、布局计算、图片的解码编码

GPU

• 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
• 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的资源进行处理，所以纹理尺寸尽量不要超过这个尺寸
• 尽量减少视图数量和层次
• 减少透明的视图（alpha<1），不透明的就设置opaque为YES
• 尽量避免出现离屏渲染

在OpenGL中，GPU有2种渲染方式：
1 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
2 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

离屏渲染消耗性能的原因？

• 需要创建新的缓冲区
• 离屏渲染的整个过程，需要多次切换上下文环境，先是从当前屏幕（On-Screen）切换到离屏（Off-Screen）；等到离屏渲染结束以后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上，又需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕

哪些操作会触发离屏渲染？

• 光栅化，layer.shouldRasterize = YES
• 遮罩，layer.mask
• 圆角，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

4. 卡顿检测

• 监控FPS
• 监控RunLoop
• ping主线程

4.1 监控FPS

帧率：Frames Per Second(fps)，表示每秒渲染帧数

使用系统CADisplayLink监控，CADisplayLink是一个与屏幕刷新率相同的定时器，大约1/60s调用一次。

将其注册到RunLoop里面，计算当前画面的帧数。

delta为时间差等于1

4.2 监控RunLoop

由于UI刷新只能在主线程操作，因此，平时所说的“卡顿”，主要是因为主线程执行了比较耗时的操作

因此，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

RunLoop在BeforeSources和AfterWaiting后会进行任务的处理。可以在此时阻塞监控线程并设置超时时间，若超时后RunLoop的状态仍为RunLoopBeforeSources或AfterWaiting，表明此时RunLoop仍然在处理任务，主线程发生了卡顿

4.3 子线程Ping主线程

ping是常用的网络测试工具，用来测试数据包能否到达ip地址。

ping主线程的核心思想是向主线程发送一个信号，一定时间内收到了主线程的回复，即表示当前主线程流畅运行。
没有收到主线程的回复，即表示当前主线程在做耗时运算，发生了卡顿。

子线程Ping主线程的实现思路：

1. 创建一个子线程进行循环检测，每次检测时设置标记位为YES
2. 然后派发任务到主线程中将标记位设置为NO。
3. 接着子线程休眠设定的阈值，判断标志位是否成功设置成NO，如果没有说明主线程发生了卡顿。

相当于：
子线程设置一个标识YES

如果发生了主线程的卡顿，那么到规定时间，主线程内的代码没有执行，则标识还是YES，这时候，代表卡顿
如果没有发生卡顿，那么到规定时间，主线程内的代码执行，则表示变为NO，这时候，代表没有发生卡顿

总结