這篇文章會非常詳細的分析 iOS 界面構(gòu)建中的各種性能問題以及對應(yīng)的解決思路毁欣，同時給出一個開源的微博列表實現(xiàn)庇谆，通過實際的代碼展示如何構(gòu)建流暢的交互。
演示項目
在開始技術(shù)討論前凭疮，你可以先下載我寫的 Demo 跑到真機上體驗一下：https://github.com/ibireme/YYKit饭耳。 Demo 里包含一個微博的 Feed 列表、發(fā)布視圖执解，還包含一個 Twitter 的 Feed 列表寞肖。為了公平起見，所有界面和交互我都從官方應(yīng)用原封不動的抄了過來衰腌，數(shù)據(jù)也都是從官方應(yīng)用抓取的新蟆。你也可以自己抓取數(shù)據(jù)替換掉 Demo 中的數(shù)據(jù)，方便進行對比右蕊。盡管官方應(yīng)用背后的功能更多更為復雜琼稻，但不至于會帶來太大的交互性能差異。
這個 Demo 最低可以運行在 iOS 6 上饶囚，所以你可以把它跑到老設(shè)備上體驗一下帕翻。在我的測試中，即使在 iPhone 4S 或者 iPad 3 上萝风，Demo 列表在快速滑動時仍然能保持 50~60 FPS 的流暢交互嘀掸，而其他諸如微博、朋友圈等應(yīng)用的列表視圖在滑動時已經(jīng)有很嚴重的卡頓了规惰。
微博的 Demo 有大約四千行代碼睬塌，Twitter 的只有兩千行左右代碼，第三方庫只用到了 YYKit卿拴，文件數(shù)量比較少衫仑，方便查看。好了堕花，下面是正文文狱。
首先從過去的 CRT 顯示器原理說起。CRT 的電子槍按照上面方式缘挽，從上到下一行行掃描瞄崇，掃描完成后顯示器就呈現(xiàn)一幀畫面呻粹，隨后電子槍回到初始位置繼續(xù)下一次掃描。為了把顯示器的顯示過程和系統(tǒng)的視頻控制器進行同步苏研，顯示器（或者其他硬件）會用硬件時鐘產(chǎn)生一系列的定時信號等浊。當電子槍換到新的一行，準備進行掃描時摹蘑，顯示器會發(fā)出一個水平同步信號（horizonal synchronization）筹燕，簡稱 HSync；而當一幀畫面繪制完成后衅鹿，電子槍回復到原位撒踪，準備畫下一幀前，顯示器會發(fā)出一個垂直同步信號（vertical synchronization）大渤，簡稱 VSync制妄。顯示器通常以固定頻率進行刷新，這個刷新率就是 VSync 信號產(chǎn)生的頻率泵三。盡管現(xiàn)在的設(shè)備大都是液晶顯示屏了耕捞，但原理仍然沒有變。
通常來說烫幕，計算機系統(tǒng)中 CPU俺抽、GPU、顯示器是以上面這種方式協(xié)同工作的纬霞。CPU 計算好顯示內(nèi)容提交到 GPU凌埂，GPU 渲染完成后將渲染結(jié)果放入幀緩沖區(qū)，隨后視頻控制器會按照 VSync 信號逐行讀取幀緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)诗芜，經(jīng)過可能的數(shù)模轉(zhuǎn)換傳遞給顯示器顯示瞳抓。
在最簡單的情況下，幀緩沖區(qū)只有一個伏恐，這時幀緩沖區(qū)的讀取和刷新都都會有比較大的效率問題孩哑。為了解決效率問題，顯示系統(tǒng)通常會引入兩個緩沖區(qū)翠桦，即雙緩沖機制横蜒。在這種情況下，GPU 會預(yù)先渲染好一幀放入一個緩沖區(qū)內(nèi)销凑，讓視頻控制器讀取丛晌，當下一幀渲染好后，GPU 會直接把視頻控制器的指針指向第二個緩沖器斗幼。如此一來效率會有很大的提升澎蛛。
雙緩沖雖然能解決效率問題，但會引入一個新的問題蜕窿。當視頻控制器還未讀取完成時谋逻，即屏幕內(nèi)容剛顯示一半時呆馁，GPU 將新的一幀內(nèi)容提交到幀緩沖區(qū)并把兩個緩沖區(qū)進行交換后，視頻控制器就會把新的一幀數(shù)據(jù)的下半段顯示到屏幕上毁兆，造成畫面撕裂現(xiàn)象浙滤，如下圖：
為了解決這個問題，GPU 通常有一個機制叫做垂直同步（簡寫也是 V-Sync）气堕，當開啟垂直同步后纺腊，GPU 會等待顯示器的 VSync 信號發(fā)出后，才進行新的一幀渲染和緩沖區(qū)更新送巡。這樣能解決畫面撕裂現(xiàn)象摹菠，也增加了畫面流暢度盒卸，但需要消費更多的計算資源骗爆，也會帶來部分延遲。
那么目前主流的移動設(shè)備是什么情況呢蔽介？從網(wǎng)上查到的資料可以知道摘投，iOS 設(shè)備會始終使用雙緩存，并開啟垂直同步虹蓄。而安卓設(shè)備直到 4.1 版本犀呼，Google 才開始引入這種機制，目前安卓系統(tǒng)是三緩存+垂直同步薇组。
在 VSync 信號到來后外臂，系統(tǒng)圖形服務(wù)會通過 CADisplayLink 等機制通知 App，App 主線程開始在 CPU 中計算顯示內(nèi)容律胀，比如視圖的創(chuàng)建宋光、布局計算、圖片解碼炭菌、文本繪制等罪佳。隨后 CPU 會將計算好的內(nèi)容提交到 GPU 去，由 GPU 進行變換黑低、合成赘艳、渲染。隨后 GPU 會把渲染結(jié)果提交到幀緩沖區(qū)去克握，等待下一次 VSync 信號到來時顯示到屏幕上蕾管。由于垂直同步的機制，如果在一個 VSync 時間內(nèi)菩暗，CPU 或者 GPU 沒有完成內(nèi)容提交掰曾，則那一幀就會被丟棄，等待下一次機會再顯示勋眯，而這時顯示屏會保留之前的內(nèi)容不變婴梧。這就是界面卡頓的原因下梢。
從上面的圖中可以看到，CPU 和 GPU 不論哪個阻礙了顯示流程塞蹭，都會造成掉幀現(xiàn)象孽江。所以開發(fā)時，也需要分別對 CPU 和 GPU 壓力進行評估和優(yōu)化番电。
CPU 資源消耗原因和解決方案
對象創(chuàng)建
對象的創(chuàng)建會分配內(nèi)存岗屏、調(diào)整屬性、甚至還有讀取文件等操作漱办，比較消耗 CPU 資源这刷。盡量用輕量的對象代替重量的對象，可以對性能有所優(yōu)化娩井。比如 CALayer 比 UIView 要輕量許多暇屋，那么不需要響應(yīng)觸摸事件的控件，用 CALayer 顯示會更加合適洞辣。如果對象不涉及 UI 操作咐刨，則盡量放到后臺線程去創(chuàng)建，但可惜的是包含有 CALayer 的控件扬霜，都只能在主線程創(chuàng)建和操作定鸟。通過 Storyboard 創(chuàng)建視圖對象時，其資源消耗會比直接通過代碼創(chuàng)建對象要大非常多著瓶，在性能敏感的界面里联予，Storyboard 并不是一個好的技術(shù)選擇。
盡量推遲對象創(chuàng)建的時間材原，并把對象的創(chuàng)建分散到多個任務(wù)中去沸久。盡管這實現(xiàn)起來比較麻煩，并且?guī)淼膬?yōu)勢并不多华糖，但如果有能力做麦向，還是要盡量嘗試一下。如果對象可以復用客叉，并且復用的代價比釋放诵竭、創(chuàng)建新對象要小，那么這類對象應(yīng)當盡量放到一個緩存池里復用兼搏。
對象調(diào)整
對象的調(diào)整也經(jīng)常是消耗 CPU 資源的地方卵慰。這里特別說一下 CALayer：CALayer 內(nèi)部并沒有屬性，當調(diào)用屬性方法時佛呻，它內(nèi)部是通過運行時 resolveInstanceMethod 為對象臨時添加一個方法裳朋，并把對應(yīng)屬性值保存到內(nèi)部的一個 Dictionary 里，同時還會通知 delegate吓著、創(chuàng)建動畫等等鲤嫡，非常消耗資源送挑。UIView 的關(guān)于顯示相關(guān)的屬性（比如 frame/bounds/transform）等實際上都是 CALayer 屬性映射來的，所以對 UIView 的這些屬性進行調(diào)整時暖眼，消耗的資源要遠大于一般的屬性惕耕。對此你在應(yīng)用中，應(yīng)該盡量減少不必要的屬性修改诫肠。
當視圖層次調(diào)整時司澎，UIView训桶、CALayer 之間會出現(xiàn)很多方法調(diào)用與通知岂嗓，所以在優(yōu)化性能時众辨，應(yīng)該盡量避免調(diào)整視圖層次滓彰、添加和移除視圖。
對象銷毀
對象的銷毀雖然消耗資源不多庄蹋，但累積起來也是不容忽視的官研。通常當容器類持有大量對象時荞彼，其銷毀時的資源消耗就非常明顯骡送。同樣的昂羡，如果對象可以放到后臺線程去釋放，那就挪到后臺線程去摔踱。這里有個小 Tip：把對象捕獲到 block 中，然后扔到后臺隊列去隨便發(fā)送個消息以避免編譯器警告怨愤，就可以讓對象在后臺線程銷毀了派敷。
NSArray *tmp = self.array;
self.array = nil;
dispatch_async(queue, ^{
[tmp class];
});
** 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。如果能在后臺線程提前計算好視圖布局撰洗、并且對視圖布局進行緩存篮愉，那么這個地方基本就不會產(chǎn)生性能問題了。
不論通過何種技術(shù)對視圖進行布局差导，其最終都會落到對 UIView.frame/bounds/center 等屬性的調(diào)整上试躏。上面也說過，對這些屬性的調(diào)整非常消耗資源设褐，所以盡量提前計算好布局颠蕴，在需要時一次性調(diào)整好對應(yīng)屬性，而不要多次助析、頻繁的計算和調(diào)整這些屬性犀被。
Autolayout
Autolayout 是蘋果本身提倡的技術(shù)，在大部分情況下也能很好的提升開發(fā)效率外冀，但是 Autolayout 對于復雜視圖來說常常會產(chǎn)生嚴重的性能問題寡键。隨著視圖數(shù)量的增長，Autolayout 帶來的 CPU 消耗會呈指數(shù)級上升雪隧。具體數(shù)據(jù)可以看這個文章：http://pilky.me/36/西轩。 如果你不想手動調(diào)整 frame 等屬性员舵，你可以用一些工具方法替代（比如常見的 left/right/top/bottom/width/height 快捷屬性），或者使用 ComponentKit藕畔、AsyncDisplayKit 等框架固灵。
文本計算
如果一個界面中包含大量文本（比如微博微信朋友圈等），文本的寬高計算會占用很大一部分資源劫流，并且不可避免巫玻。如果你對文本顯示沒有特殊要求，可以參考下 UILabel 內(nèi)部的實現(xiàn)方式：用 [NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:] 來計算文本寬高祠汇，用 -[NSAttributedString drawWithRect:options:context:] 來繪制文本仍秤。盡管這兩個方法性能不錯，但仍舊需要放到后臺線程進行以避免阻塞主線程可很。
如果你用 CoreText 繪制文本诗力，那就可以先生成 CoreText 排版對象，然后自己計算了我抠，并且 CoreText 對象還能保留以供稍后繪制使用苇本。
文本渲染
屏幕上能看到的所有文本內(nèi)容控件，包括 UIWebView菜拓，在底層都是通過 CoreText 排版瓣窄、繪制為 Bitmap 顯示的。常見的文本控件 （UILabel纳鼎、UITextView 等）俺夕，其排版和繪制都是在主線程進行的，當顯示大量文本時贱鄙，CPU 的壓力會非常大劝贸。對此解決方案只有一個，那就是自定義文本控件逗宁，用 TextKit 或最底層的 CoreText 對文本異步繪制映九。盡管這實現(xiàn)起來非常麻煩，但其帶來的優(yōu)勢也非常大瞎颗，CoreText 對象創(chuàng)建好后件甥，能直接獲取文本的寬高等信息，避免了多次計算（調(diào)整 UILabel 大小時算一遍言缤、UILabel 繪制時內(nèi)部再算一遍）嚼蚀；CoreText 對象占用內(nèi)存較少，可以緩存下來以備稍后多次渲染管挟。
圖片的解碼
當你用 UIImage 或 CGImageSource 的那幾個方法創(chuàng)建圖片時轿曙，圖片數(shù)據(jù)并不會立刻解碼。圖片設(shè)置到 UIImageView 或者 CALayer.contents 中去，并且 CALayer 被提交到 GPU 前导帝，CGImage 中的數(shù)據(jù)才會得到解碼守谓。這一步是發(fā)生在主線程的，并且不可避免您单。如果想要繞開這個機制斋荞，常見的做法是在后臺線程先把圖片繪制到 CGBitmapContext 中，然后從 Bitmap 直接創(chuàng)建圖片虐秦。目前常見的網(wǎng)絡(luò)圖片庫都自帶這個功能平酿。
** 圖像的繪制**
圖像的繪制通常是指用那些以 CG 開頭的方法把圖像繪制到畫布中，然后從畫布創(chuàng)建圖片并顯示這樣一個過程悦陋。這個最常見的地方就是 [UIView drawRect:] 里面了蜈彼。由于 CoreGraphic 方法通常都是線程安全的，所以圖像的繪制可以很容易的放到后臺線程進行俺驶。一個簡單異步繪制的過程大致如下（實際情況會比這個復雜得多幸逆，但原理基本一致）：
- (void)display {
dispatch_async(backgroundQueue, ^{
CGContextRef ctx = CGBitmapContextCreate(...);
// draw in context...
CGImageRef img = CGBitmapContextCreateImage(ctx);
CFRelease(ctx);
dispatch_async(mainQueue, ^{
layer.contents = img;
});
});
}
** GPU 資源消耗原因和解決方案**
相對于 CPU 來說，GPU 能干的事情比較單一：接收提交的紋理（Texture）和頂點描述（三角形）暮现，應(yīng)用變換（transform）还绘、混合并渲染，然后輸出到屏幕上栖袋。通常你所能看到的內(nèi)容拍顷，主要也就是紋理（圖片）和形狀（三角模擬的矢量圖形）兩類。
紋理的渲染
所有的 Bitmap栋荸，包括圖片菇怀、文本、柵格化的內(nèi)容晌块，最終都要由內(nèi)存提交到顯存，綁定為 GPU Texture帅霜。不論是提交到顯存的過程匆背，還是 GPU 調(diào)整和渲染 Texture 的過程，都要消耗不少 GPU 資源身冀。當在較短時間顯示大量圖片時（比如 TableView 存在非常多的圖片并且快速滑動時）钝尸，CPU 占用率很低，GPU 占用非常高搂根，界面仍然會掉幀珍促。避免這種情況的方法只能是盡量減少在短時間內(nèi)大量圖片的顯示，盡可能將多張圖片合成為一張進行顯示剩愧。
當圖片過大猪叙，超過 GPU 的最大紋理尺寸時，圖片需要先由 CPU 進行預(yù)處理，這對 CPU 和 GPU 都會帶來額外的資源消耗穴翩。目前來說犬第，iPhone 4S 以上機型，紋理尺寸上限都是 4096x4096芒帕，更詳細的資料可以看這里：iosres.com歉嗓。所以，盡量不要讓圖片和視圖的大小超過這個值背蟆。
視圖的混合 (Composing)
當多個視圖（或者說 CALayer）重疊在一起顯示時鉴分，GPU 會首先把他們混合到一起。如果視圖結(jié)構(gòu)過于復雜带膀，混合的過程也會消耗很多 GPU 資源志珍。為了減輕這種情況的 GPU 消耗，應(yīng)用應(yīng)當盡量減少視圖數(shù)量和層次本砰，并在不透明的視圖里標明 opaque 屬性以避免無用的 Alpha 通道合成碴裙。當然，這也可以用上面的方法点额，把多個視圖預(yù)先渲染為一張圖片來顯示舔株。
圖形的生成。
CALayer 的 border还棱、圓角载慈、陰影、遮罩（mask）珍手，CASharpLayer 的矢量圖形顯示办铡，通常會觸發(fā)離屏渲染（offscreen rendering），而離屏渲染通常發(fā)生在 GPU 中琳要。當一個列表視圖中出現(xiàn)大量圓角的 CALayer寡具，并且快速滑動時，可以觀察到 GPU 資源已經(jīng)占滿稚补，而 CPU 資源消耗很少童叠。這時界面仍然能正常滑動课幕，但平均幀數(shù)會降到很低厦坛。為了避免這種情況，可以嘗試開啟 CALayer.shouldRasterize 屬性乍惊，但這會把原本離屏渲染的操作轉(zhuǎn)嫁到 CPU 上去杜秸。對于只需要圓角的某些場合，也可以用一張已經(jīng)繪制好的圓角圖片覆蓋到原本視圖上面來模擬相同的視覺效果润绎。最徹底的解決辦法撬碟，就是把需要顯示的圖形在后臺線程繪制為圖片诞挨，避免使用圓角、陰影小作、遮罩等屬性亭姥。
AsyncDisplayKit
AsyncDisplayKit 是 Facebook 開源的一個用于保持 iOS 界面流暢的庫，我從中學到了很多東西顾稀，所以下面我會花較大的篇幅來對其進行介紹和分析达罗。
ASDK 的作者是 Scott Goodson (Linkedin)，他曾經(jīng)在蘋果工作静秆，負責 iOS 的一些內(nèi)置應(yīng)用的開發(fā)粮揉，比如股票、計算器抚笔、地圖扶认、鐘表、設(shè)置殊橙、Safari 等辐宾，當然他也參與了 UIKit framework 的開發(fā)。后來他加入 Facebook 后膨蛮，負責 Paper 的開發(fā)叠纹，創(chuàng)建并開源了 AsyncDisplayKit。目前他在 Pinterest 和 Instagram 負責 iOS 開發(fā)和用戶體驗的提升等工作敞葛。
ASDK 自 2014 年 6 月開源誉察，10 月發(fā)布 1.0 版。目前 ASDK 即將要發(fā)布 2.0 版惹谐。V2.0 增加了更多布局相關(guān)的代碼持偏，ComponentKit 團隊為此貢獻很多。現(xiàn)在 Github 的 master 分支上的版本是 V1.9.1氨肌，已經(jīng)包含了 V2.0 的全部內(nèi)容鸿秆。
ASDK 的資料
想要了解 ASDK 的原理和細節(jié)，最好從下面幾個視頻開始：2014.10.15 NSLondon - Scott Goodson - Behind AsyncDisplayKit
2015.03.02 MCE 2015 - Scott Goodson - Effortless Responsiveness with AsyncDisplayKit
2015.10.25 AsyncDisplayKit 2.0: Intelligent User Interfaces - NSSpain 2015
前兩個視頻內(nèi)容大同小異怎囚，都是介紹 ASDK 的基本原理谬莹，附帶介紹 POP 等其他項目。后一個視頻增加了 ASDK 2.0 的新特性的介紹桩了。
除此之外，還可以到 Github Issues 里看一下 ASDK 相關(guān)的討論埠戳，下面是幾個比較重要的內(nèi)容：關(guān)于 Runloop Dispatch關(guān)于 ComponentKit 和 ASDK 的區(qū)別為什么不支持 Storyboard 和 Autolayout如何評測界面的流暢度
之后井誉，還可以到 Google Groups 來查看和討論更多內(nèi)容：https://groups.google.com/forum/#!forum/asyncdisplaykit
ASDK 認為，阻塞主線程的任務(wù)整胃，主要分為上面這三大類颗圣。文本和布局的計算、渲染、解碼在岂、繪制都可以通過各種方式異步執(zhí)行奔则，但 UIKit 和 Core Animation 相關(guān)操作必需在主線程進行。ASDK 的目標蔽午，就是盡量把這些任務(wù)從主線程挪走易茬，而挪不走的，就盡量優(yōu)化性能及老。
為了達成這一目標抽莱，ASDK 嘗試對 UIKit 組件進行封裝：
這是常見的 UIView 和 CALayer 的關(guān)系：View 持有 Layer 用于顯示，View 中大部分顯示屬性實際是從 Layer 映射而來骄恶；Layer 的 delegate 在這里是 View食铐，當其屬性改變、動畫產(chǎn)生時僧鲁，View 能夠得到通知虐呻。UIView 和 CALayer 不是線程安全的，并且只能在主線程創(chuàng)建寞秃、訪問和銷毀斟叼。
ASDK 為此創(chuàng)建了 ASDisplayNode 類，包裝了常見的視圖屬性（比如 frame/bounds/alpha/transform/backgroundColor/superNode/subNodes 等）蜕该，然后它用 UIView->CALayer 相同的方式犁柜，實現(xiàn)了 ASNode->UIView 這樣一個關(guān)系。
當不需要響應(yīng)觸摸事件時堂淡，ASDisplayNode 可以被設(shè)置為 layer backed馋缅，即 ASDisplayNode 充當了原來 UIView 的功能，節(jié)省了更多資源绢淀。
與 UIView 和 CALayer 不同萤悴，ASDisplayNode 是線程安全的，它可以在后臺線程創(chuàng)建和修改皆的。Node 剛創(chuàng)建時覆履，并不會在內(nèi)部新建 UIView 和 CALayer，直到第一次在主線程訪問 view 或 layer 屬性時费薄，它才會在內(nèi)部生成對應(yīng)的對象硝全。當它的屬性（比如frame/transform）改變后，它并不會立刻同步到其持有的 view 或 layer 去楞抡，而是把被改變的屬性保存到內(nèi)部的一個中間變量伟众，稍后在需要時，再通過某個機制一次性設(shè)置到內(nèi)部的 view 或 layer召廷。
通過模擬和封裝 UIView/CALayer凳厢，開發(fā)者可以把代碼中的 UIView 替換為 ASNode账胧，很大的降低了開發(fā)和學習成本，同時能獲得 ASDK 底層大量的性能優(yōu)化先紫。為了方便使用治泥， ASDK 把大量常用控件都封裝成了 ASNode 的子類，比如 Button遮精、Control居夹、Cell、Image仑鸥、ImageView吮播、Text、TableView眼俊、CollectionView 等意狠。利用這些控件，開發(fā)者可以盡量避免直接使用 UIKit 相關(guān)控件疮胖，以獲得更完整的性能提升环戈。
ASDK 的圖層預(yù)合成
[圖片上傳中。澎灸。院塞。（14）]
有時一個 layer 會包含很多 sub-layer，而這些 sub-layer 并不需要響應(yīng)觸摸事件性昭，也不需要進行動畫和位置調(diào)整拦止。ASDK 為此實現(xiàn)了一個被稱為 pre-composing 的技術(shù)，可以把這些 sub-layer 合成渲染為一張圖片糜颠。開發(fā)時汹族，ASNode 已經(jīng)替代了 UIView 和 CALayer；直接使用各種 Node 控件并設(shè)置為 layer backed 后其兴，ASNode 甚至可以通過預(yù)合成來避免創(chuàng)建內(nèi)部的 UIView 和 CALayer顶瞒。
通過這種方式，把一個大的層級元旬，通過一個大的繪制方法繪制到一張圖上榴徐，性能會獲得很大提升。CPU 避免了創(chuàng)建 UIKit 對象的資源消耗匀归，GPU 避免了多張 texture 合成和渲染的消耗坑资，更少的 bitmap 也意味著更少的內(nèi)存占用。
自 iPhone 4S 起穆端，iDevice 已經(jīng)都是雙核 CPU 了盐茎，現(xiàn)在的 iPad 甚至已經(jīng)更新到 3 核了。充分利用多核的優(yōu)勢徙赢、并發(fā)執(zhí)行任務(wù)對保持界面流暢有很大作用字柠。ASDK 把布局計算、文本排版狡赐、圖片/文本/圖形渲染等操作都封裝成較小的任務(wù)窑业，并利用 GCD 異步并發(fā)執(zhí)行。如果開發(fā)者使用了 ASNode 相關(guān)的控件枕屉，那么這些并發(fā)操作會自動在后臺進行常柄，無需進行過多配置。
Runloop 任務(wù)分發(fā)
Runloop work distribution 是 ASDK 比較核心的一個技術(shù)搀擂，ASDK 的介紹視頻和文檔中都沒有詳細展開介紹西潘，所以這里我會多做一些分析。如果你對 Runloop 還不太了解哨颂，可以看一下我之前的文章深入理解RunLoop喷市，里面對 ASDK 也有所提及。
iOS 的顯示系統(tǒng)是由 VSync 信號驅(qū)動的威恼，VSync 信號由硬件時鐘生成品姓，每秒鐘發(fā)出 60 次（這個值取決設(shè)備硬件，比如 iPhone 真機上通常是 59.97）箫措。iOS 圖形服務(wù)接收到 VSync 信號后腹备，會通過 IPC 通知到 App 內(nèi)。App 的 Runloop 在啟動后會注冊對應(yīng)的 CFRunLoopSource 通過 mach_port 接收傳過來的時鐘信號通知斤蔓，隨后 Source 的回調(diào)會驅(qū)動整個 App 的動畫與顯示植酥。
Core Animation 在 RunLoop 中注冊了一個 Observer，監(jiān)聽了 BeforeWaiting 和 Exit 事件弦牡。這個 Observer 的優(yōu)先級是 2000000友驮，低于常見的其他 Observer。當一個觸摸事件到來時喇伯，RunLoop 被喚醒喊儡，App 中的代碼會執(zhí)行一些操作，比如創(chuàng)建和調(diào)整視圖層級稻据、設(shè)置 UIView 的 frame艾猜、修改 CALayer 的透明度、為視圖添加一個動畫捻悯；這些操作最終都會被 CALayer 捕獲匆赃，并通過 CATransaction 提交到一個中間狀態(tài)去（CATransaction 的文檔略有提到這些內(nèi)容，但并不完整）今缚。當上面所有操作結(jié)束后算柳，RunLoop 即將進入休眠（或者退出）時，關(guān)注該事件的 Observer 都會得到通知姓言。這時 CA 注冊的那個 Observer 就會在回調(diào)中瞬项，把所有的中間狀態(tài)合并提交到 GPU 去顯示蔗蹋；如果此處有動畫，CA 會通過 DisplayLink 等機制多次觸發(fā)相關(guān)流程囱淋。
ASDK 在此處模擬了 Core Animation 的這個機制：所有針對 ASNode 的修改和提交猪杭，總有些任務(wù)是必需放入主線程執(zhí)行的。當出現(xiàn)這種任務(wù)時妥衣，ASNode 會把任務(wù)用 ASAsyncTransaction(Group) 封裝并提交到一個全局的容器去皂吮。ASDK 也在 RunLoop 中注冊了一個 Observer，監(jiān)視的事件和 CA 一樣税手，但優(yōu)先級比 CA 要低蜂筹。當 RunLoop 進入休眠前、CA 處理完事件后芦倒，ASDK 就會執(zhí)行該 loop 內(nèi)提交的所有任務(wù)艺挪。具體代碼見這個文件：ASAsyncTransactionGroup。
通過這種機制熙暴，ASDK 可以在合適的機會把異步闺属、并發(fā)的操作同步到主線程去，并且能獲得不錯的性能周霉。
其他
ASDK 中還有封裝很多高級的功能掂器，比如滑動列表的預(yù)加載、V2.0添加的新的布局模式等俱箱。ASDK 是一個很龐大的庫国瓮，它本身并不推薦你把整個 App 全部都改為 ASDK 驅(qū)動，把最需要提升交互性能的地方用 ASDK 進行優(yōu)化就足夠了狞谱。
微博 Demo 性能優(yōu)化技巧
我為了演示 YYKit 的功能乃摹，實現(xiàn)了微博和 Twitter 的 Demo，并為它們做了不少性能優(yōu)化跟衅，下面就是優(yōu)化時用到的一些技巧孵睬。
預(yù)排版
當獲取到 API JSON 數(shù)據(jù)后，我會把每條 Cell 需要的數(shù)據(jù)都在后臺線程計算并封裝為一個布局對象 CellLayout伶跷。CellLayout 包含所有文本的 CoreText 排版結(jié)果掰读、Cell 內(nèi)部每個控件的高度、Cell 的整體高度叭莫。每個 CellLayout 的內(nèi)存占用并不多蹈集，所以當生成后，可以全部緩存到內(nèi)存雇初，以供稍后使用拢肆。這樣，TableView 在請求各個高度函數(shù)時，不會消耗任何多余計算量郭怪；當把 CellLayout 設(shè)置到 Cell 內(nèi)部時支示，Cell 內(nèi)部也不用再計算布局了。
對于通常的 TableView 來說移盆，提前在后臺計算好布局結(jié)果是非常重要的一個性能優(yōu)化點悼院。為了達到最高性能，你可能需要犧牲一些開發(fā)速度咒循，不要用 Autolayout 等技術(shù)，少用 UILabel 等文本控件绞愚。但如果你對性能的要求并不那么高叙甸，可以嘗試用 TableView 的預(yù)估高度的功能，并把每個 Cell 高度緩存下來位衩。這里有個來自百度知道團隊的開源項目可以很方便的幫你實現(xiàn)這一點：FDTemplateLayoutCell裆蒸。
預(yù)渲染
微博的頭像在某次改版中換成了圓形，所以我也跟進了一下糖驴。當頭像下載下來后僚祷，我會在后臺線程將頭像預(yù)先渲染為圓形并單獨保存到一個 ImageCache 中去。
對于 TableView 來說贮缕，Cell 內(nèi)容的離屏渲染會帶來較大的 GPU 消耗辙谜。在 Twitter Demo 中，我為了圖省事兒用到了不少 layer 的圓角屬性感昼，你可以在低性能的設(shè)備（比如 iPad 3）上快速滑動一下這個列表装哆，能感受到雖然列表并沒有較大的卡頓，但是整體的平均幀數(shù)降了下來定嗓。用 Instument 查看時能夠看到 GPU 已經(jīng)滿負荷運轉(zhuǎn)蜕琴，而 CPU 卻比較清閑。為了避免離屏渲染宵溅，你應(yīng)當盡量避免使用 layer 的 border凌简、corner、shadow恃逻、mask 等技術(shù)雏搂，而盡量在后臺線程預(yù)先繪制好對應(yīng)內(nèi)容。
異步繪制
我只在顯示文本的控件上用到了異步繪制的功能辛块，但效果很不錯畔派。我參考 ASDK 的原理，實現(xiàn)了一個簡單的異步繪制控件润绵。這塊代碼我單獨提取出來线椰，放到了這里：YYAsyncLayer。YYAsyncLayer 是 CALayer 的子類尘盼，當它需要顯示內(nèi)容（比如調(diào)用了 [layer setNeedDisplay]）時憨愉，它會向 delegate烦绳，也就是 UIView 請求一個異步繪制的任務(wù)。在異步繪制時配紫，Layer 會傳遞一個BOOL(^isCancelled)() 這樣的 block径密，繪制代碼可以隨時調(diào)用該 block 判斷繪制任務(wù)是否已經(jīng)被取消。
當 TableView 快速滑動時躺孝，會有大量異步繪制任務(wù)提交到后臺線程去執(zhí)行享扔。但是有時滑動速度過快時，繪制任務(wù)還沒有完成就可能已經(jīng)被取消了植袍。如果這時仍然繼續(xù)繪制惧眠，就會造成大量的 CPU 資源浪費，甚至阻塞線程并造成后續(xù)的繪制任務(wù)遲遲無法完成于个。我的做法是盡量快速氛魁、提前判斷當前繪制任務(wù)是否已經(jīng)被取消；在繪制每一行文本前厅篓，我都會調(diào)用 isCancelled() 來進行判斷秀存，保證被取消的任務(wù)能及時退出，不至于影響后續(xù)操作羽氮。
目前有些第三方微博客戶端（比如 VVebo或链、墨客等），使用了一種方式來避免高速滑動時 Cell 的繪制過程乏苦，相關(guān)實現(xiàn)見這個項目：VVeboTableViewDemo株扛。它的原理是，當滑動時汇荐，松開手指后洞就，立刻計算出滑動停止時 Cell 的位置，并預(yù)先繪制那個位置附近的幾個 Cell掀淘，而忽略當前滑動中的 Cell旬蟋。這個方法比較有技巧性，并且對于滑動性能來說提升也很大革娄，唯一的缺點就是快速滑動中會出現(xiàn)大量空白內(nèi)容倾贰。如果你不想實現(xiàn)比較麻煩的異步繪制但又想保證滑動的流暢性，這個技巧是個不錯的選擇拦惋。
全局并發(fā)控制
當我用 concurrent queue 來執(zhí)行大量繪制任務(wù)時匆浙，偶爾會遇到這種問題：
大量的任務(wù)提交到后臺隊列時，某些任務(wù)會因為某些原因（此處是 CGFont 鎖）被鎖住導致線程休眠厕妖，或者被阻塞首尼，concurrent queue 隨后會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行其他任務(wù)。當這種情況變多時，或者 App 中使用了大量 concurrent queue 來執(zhí)行較多任務(wù)時软能，App 在同一時刻就會存在幾十個線程同時運行迎捺、創(chuàng)建、銷毀查排。CPU 是用時間片輪轉(zhuǎn)來實現(xiàn)線程并發(fā)的凳枝，盡管 concurrent queue 能控制線程的優(yōu)先級，但當大量線程同時創(chuàng)建運行銷毀時跋核，這些操作仍然會擠占掉主線程的 CPU 資源岖瑰。ASDK 有個 Feed 列表的 Demo：SocialAppLayout疟位，當列表內(nèi) Cell 過多咒唆，并且非常快速的滑動時科侈，界面仍然會出現(xiàn)少量卡頓泊藕，我謹慎的猜測可能與這個問題有關(guān)。
使用 concurrent queue 時不可避免會遇到這種問題难礼，但使用 serial queue 又不能充分利用多核 CPU 的資源娃圆。我寫了一個簡單的工具 YYDispatchQueuePool，為不同優(yōu)先級創(chuàng)建和 CPU 數(shù)量相同的 serial queue蛾茉，每次從 pool 中獲取 queue 時讼呢，會輪詢返回其中一個 queue。我把 App 內(nèi)所有異步操作谦炬，包括圖像解碼悦屏、對象釋放、異步繪制等键思，都按優(yōu)先級不同放入了全局的 serial queue 中執(zhí)行础爬，這樣盡量避免了過多線程導致的性能問題。
更高效的異步圖片加載
SDWebImage 在這個 Demo 里仍然會產(chǎn)生少量性能問題吼鳞，并且有些地方不能滿足我的需求看蚜，所以我自己實現(xiàn)了一個性能更高的圖片加載庫。在顯示簡單的單張圖片時赔桌，利用 UIView.layer.contents 就足夠了供炎，沒必要使用 UIImageView 帶來額外的資源消耗，為此我在 CALayer 上添加了 setImageWithURL 等方法疾党。除此之外音诫，我還把圖片解碼等操作通過 YYDispatchQueuePool 進行管理，控制了 App 總線程數(shù)量雪位。
其他可以改進的地方
上面這些優(yōu)化做完后竭钝，微博 Demo 已經(jīng)非常流暢了，但在我的設(shè)想中，仍然有一些進一步優(yōu)化的技巧蜓氨，但限于時間和精力我并沒有實現(xiàn)聋袋，下面簡單列一下：
列表中有不少視覺元素并不需要觸摸事件，這些元素可以用 ASDK 的圖層合成技術(shù)預(yù)先繪制為一張圖穴吹。
再進一步減少每個 Cell 內(nèi)圖層的數(shù)量幽勒，用 CALayer 替換掉 UIView。
目前每個 Cell 的類型都是相同的港令，但顯示的內(nèi)容卻各部一樣啥容，比如有的 Cell 有圖片，有的 Cell 里是卡片顷霹。把 Cell 按類型劃分咪惠，進一步減少 Cell 內(nèi)不必要的視圖對象和操作，應(yīng)該能有一些效果淋淀。
把需要放到主線程執(zhí)行的任務(wù)劃分為足夠小的塊遥昧，并通過 Runloop 來進行調(diào)度，在每個 Loop 里判斷下一次 VSync 的時間朵纷，并在下次 VSync 到來前炭臭，把當前未執(zhí)行完的任務(wù)延遲到下一個機會去。這個只是我的一個設(shè)想袍辞，并不一定能實現(xiàn)或起作用鞋仍。
如何評測界面的流暢度
最后還是要提一下，“過早的優(yōu)化是萬惡之源”搅吁，在需求未定威创，性能問題不明顯時，沒必要嘗試做優(yōu)化谎懦，而要盡量正確的實現(xiàn)功能肚豺。做性能優(yōu)化時，也最好是走修改代碼 -> Profile -> 修改代碼這樣一個流程党瓮，優(yōu)先解決最值得優(yōu)化的地方详炬。
如果你需要一個明確的 FPS 指示器，可以嘗試一下 KMCGeigerCounter寞奸。對于 CPU 的卡頓呛谜，它可以通過內(nèi)置的 CADisplayLink 檢測出來；對于 GPU 帶來的卡頓枪萄，它用了一個 1x1 的 SKView 來進行監(jiān)視隐岛。這個項目有兩個小問題：SKView 雖然能監(jiān)視到 GPU 的卡頓，但引入 SKView 本身就會對 CPU/GPU 帶來額外的一點的資源消耗瓷翻；這個項目在 iOS 9 下有一些兼容問題聚凹，需要稍作調(diào)整割坠。
我自己也寫了個簡單的 FPS 指示器：FPSLabel 只有幾十行代碼，僅用到了 CADisplayLink 來監(jiān)視 CPU 的卡頓問題妒牙。雖然不如上面這個工具完善彼哼，但日常使用沒有太大問題。
最后湘今，用 Instuments 的 GPU Driver 預(yù)設(shè)敢朱，能夠?qū)崟r查看到 CPU 和 GPU 的資源消耗。在這個預(yù)設(shè)內(nèi)摩瞎，你能查看到幾乎所有與顯示有關(guān)的數(shù)據(jù)拴签，比如 Texture 數(shù)量、CA 提交的頻率旗们、GPU 消耗等蚓哩，在定位界面卡頓的問題時，這是最好的工具上渴。
