iOS卡頓原因與優化

1. 卡頓簡介

卡頓： 指用戶在使用過程中出現了一段時間的阻塞，使得用戶在這一段時間內無法進行操作，屏幕上的內容也沒有任何的變化。

卡頓作為App的重要性能指標，不僅影響著用戶體驗，更關系到用戶留存、DAU等重要產品數據。因此，需要關注APP的卡頓

2. 卡頓產生的原因

首先，屏幕上看到的所有內容都是計算機繪制出來的圖像

幀率：Frames Per Second(fps)，表示每秒渲染幀數，
通常用于衡量畫面的流暢度，每秒幀數越多，則表示畫面越流暢。

通常，60fps比較流暢，也就是60張/秒，每張圖片需要的渲染時間大約是：
1s/60張 = 1000ms/60張 = 16.7ms/1張

也就是1張圖像在16.7ms內出現一次，就不會造成卡頓現象。

• CPU 中計算顯示內容，比如視圖的創建、布局計算、圖片解碼、文本繪制等
• GPU 進行變換、合成、渲染，把渲染結果提交到幀緩沖區去，在下一次 VSync 信號到來時顯示到屏幕上

卡頓產生的原因：當單位時間內，界面要刷新的時候，CPU或GPU由于計算量大，沒有做好準備，
就會造成界面顯示前一個時間段的界面，從而造成卡頓、掉幀現象

3. 如何避免卡頓

核心： 減少CPU、GPU的資源消耗

CPU

1. 創建對象：對象的創建會分配內存、調整屬性，因此，盡量使用輕量級的對象
2. 布局計算：視圖布局的計算是 App 中最為常見的消耗 CPU 資源的地方，不要頻繁的調用UIView的相關屬性；盡量提前計算好布局，在有需要時一次性調整到對應的屬性，不要多次、頻繁的計算和調整這些屬性
3. 線程處理：控制一下線程的最大并發數量；盡量把耗時的操作放到子線程，包括：文本計算、布局計算、圖片的解碼編碼

GPU

• 盡量避免短時間內大量圖片的顯示，盡可能將多張圖片合成一張進行顯示
• GPU能處理的最大紋理尺寸是4096x4096，一旦超過這個尺寸，就會占用CPU的資源進行處理，所以紋理尺寸盡量不要超過這個尺寸
• 盡量減少視圖數量和層次
• 減少透明的視圖（alpha<1），不透明的就設置opaque為YES
• 盡量避免出現離屏渲染

在OpenGL中，GPU有2種渲染方式：
1 當前屏幕渲染：在當前用于顯示的屏幕緩沖區進行渲染操作
2 離屏渲染：在當前屏幕緩沖區以外新開辟一個緩沖區進行渲染操作

離屏渲染消耗性能的原因？

• 需要創建新的緩沖區
• 離屏渲染的整個過程，需要多次切換上下文環境，先是從當前屏幕（On-Screen）切換到離屏（Off-Screen）；等到離屏渲染結束以后，將離屏緩沖區的渲染結果顯示到屏幕上，又需要將上下文環境從離屏切換到當前屏幕

哪些操作會觸發離屏渲染？

• 光柵化，layer.shouldRasterize = YES
• 遮罩，layer.mask
• 圓角，同時設置layer.masksToBounds = YES、layer.cornerRadius大于0考慮通過CoreGraphics繪制裁剪圓角，或者叫美工提供圓角圖片
• 陰影，layer.shadowXXX，如果設置了layer.shadowPath就不會產生離屏渲染

4. 卡頓檢測

• 監控FPS
• 監控RunLoop
• ping主線程

4.1 監控FPS

幀率：Frames Per Second(fps)，表示每秒渲染幀數

使用系統CADisplayLink監控，CADisplayLink是一個與屏幕刷新率相同的定時器，大約1/60s調用一次。

將其注冊到RunLoop里面，計算當前畫面的幀數。

delta為時間差等于1

4.2 監控RunLoop

由于UI刷新只能在主線程操作，因此，平時所說的“卡頓”，主要是因為主線程執行了比較耗時的操作

因此，可以添加observer到主線程Runloop中，通過監聽Runloop狀態切換的耗時，以達到監控卡頓的目的

RunLoop在BeforeSources和AfterWaiting后會進行任務的處理。可以在此時阻塞監控線程并設置超時時間，若超時后RunLoop的狀態仍為RunLoopBeforeSources或AfterWaiting，表明此時RunLoop仍然在處理任務，主線程發生了卡頓

4.3 子線程Ping主線程

ping是常用的網絡測試工具，用來測試數據包能否到達ip地址。

ping主線程的核心思想是向主線程發送一個信號，一定時間內收到了主線程的回復，即表示當前主線程流暢運行。
沒有收到主線程的回復，即表示當前主線程在做耗時運算，發生了卡頓。

子線程Ping主線程的實現思路：

1. 創建一個子線程進行循環檢測，每次檢測時設置標記位為YES
2. 然后派發任務到主線程中將標記位設置為NO。
3. 接著子線程休眠設定的閾值，判斷標志位是否成功設置成NO，如果沒有說明主線程發生了卡頓。

相當于：
子線程設置一個標識YES

如果發生了主線程的卡頓，那么到規定時間，主線程內的代碼沒有執行，則標識還是YES，這時候，代表卡頓
如果沒有發生卡頓，那么到規定時間，主線程內的代碼執行，則表示變為NO，這時候，代表沒有發生卡頓

總結