GPU和CPU優(yōu)化

CPU和GPU任何一個(gè)出現(xiàn)操作延遲，都會(huì)導(dǎo)致在下一個(gè)垂直同步信號(hào)(VSync)到來時(shí)蹄衷，無法準(zhǔn)備好幀數(shù)據(jù)提交到幀緩沖區(qū)吆录，出現(xiàn)頁面卡頓現(xiàn)象虎忌。因此渲染優(yōu)化要權(quán)衡CPU和GPU的壓力归粉。

CPU優(yōu)化

• 對(duì)象操作

  1)對(duì)象創(chuàng)建
  對(duì)象的創(chuàng)建會(huì)分配內(nèi)存椿疗、調(diào)整屬性、甚至還有讀取文件等操作糠悼，比較消耗 CPU 資源届榄。盡量用輕量的對(duì)象代替重量的對(duì)象，可以對(duì)性能有所優(yōu)化倔喂。比如 CALayer 比 UIView 要輕量許多铝条，那么不需要響應(yīng)觸摸事件的控件，用 CALayer 顯示會(huì)更加合適席噩。如果對(duì)象不涉及 UI 操作班缰，則盡量放到后臺(tái)線程去創(chuàng)建，但可惜的是包含有 CALayer 的控件悼枢，都只能在主線程創(chuàng)建和操作埠忘。通過 Storyboard 創(chuàng)建視圖對(duì)象時(shí)，其資源消耗會(huì)比直接通過代碼創(chuàng)建對(duì)象要大非常多馒索，在性能敏感的界面里莹妒，Storyboard 并不是一個(gè)好的技術(shù)選擇。
  盡量推遲對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)間绰上，并把對(duì)象的創(chuàng)建分散到多個(gè)任務(wù)中去旨怠。盡管這實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩，并且?guī)淼膬?yōu)勢(shì)并不多蜈块，但如果有能力做鉴腻，還是要盡量嘗試一下。如果對(duì)象可以復(fù)用百揭，并且復(fù)用的代價(jià)比釋放爽哎、創(chuàng)建新對(duì)象要小，那么這類對(duì)象應(yīng)當(dāng)盡量放到一個(gè)緩存池里復(fù)用器一。

  2. 對(duì)象調(diào)整
     對(duì)象的調(diào)整也經(jīng)常是消耗 CPU 資源的地方倦青。這里特別說一下 CALayer：CALayer 內(nèi)部并沒有屬性，當(dāng)調(diào)用屬性方法時(shí)盹舞，它內(nèi)部是通過運(yùn)行時(shí) resolveInstanceMethod 為對(duì)象臨時(shí)添加一個(gè)方法产镐，并把對(duì)應(yīng)屬性值保存到內(nèi)部的一個(gè) Dictionary 里，同時(shí)還會(huì)通知 delegate踢步、創(chuàng)建動(dòng)畫等等癣亚，非常消耗資源。UIView 的關(guān)于顯示相關(guān)的屬性（比如 frame/bounds/transform）等實(shí)際上都是 CALayer 屬性映射來的获印，所以對(duì) UIView 的這些屬性進(jìn)行調(diào)整時(shí)述雾，消耗的資源要遠(yuǎn)大于一般的屬性。對(duì)此你在應(yīng)用中，應(yīng)該盡量減少不必要的屬性修改玻孟。
     當(dāng)視圖層次調(diào)整時(shí)唆缴，UIView、CALayer 之間會(huì)出現(xiàn)很多方法調(diào)用與通知黍翎，所以在優(yōu)化性能時(shí)面徽，應(yīng)該盡量避免調(diào)整視圖層次、添加和移除視圖匣掸。

  3）對(duì)象銷毀
  對(duì)象的銷毀雖然消耗資源不多趟紊，但累積起來也是不容忽視的。通常當(dāng)容器類持有大量對(duì)象時(shí)碰酝，其銷毀時(shí)的資源消耗就非常明顯霎匈。同樣的，如果對(duì)象可以放到后臺(tái)線程去釋放送爸，那就挪到后臺(tái)線程去铛嘱。這里有個(gè)小 Tip：把對(duì)象捕獲到 block 中，然后扔到后臺(tái)隊(duì)列去隨便發(fā)送個(gè)消息以避免編譯器警告袭厂，就可以讓對(duì)象在后臺(tái)線程銷毀了墨吓。

• 排版

  1）布局計(jì)算
  視圖布局的計(jì)算是 App 中最為常見的消耗 CPU 資源的地方。如果能在后臺(tái)線程提前計(jì)算好視圖布局嵌器、并且對(duì)視圖布局進(jìn)行緩存，那么這個(gè)地方基本就不會(huì)產(chǎn)生性能問題了谐丢。
  不論通過何種技術(shù)對(duì)視圖進(jìn)行布局爽航，其最終都會(huì)落到對(duì) UIView.frame/bounds/center 等屬性的調(diào)整上。上面也說過乾忱，對(duì)這些屬性的調(diào)整非常消耗資源讥珍，所以盡量提前計(jì)算好布局，在需要時(shí)一次性調(diào)整好對(duì)應(yīng)屬性窄瘟，而不要多次衷佃、頻繁的計(jì)算和調(diào)整這些屬性。

  2）Autolayout
  Autolayout 是蘋果本身提倡的技術(shù)蹄葱，在大部分情況下也能很好的提升開發(fā)效率氏义，但是 Autolayout 對(duì)于復(fù)雜視圖來說常常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能問題。隨著視圖數(shù)量的增長(zhǎng)图云，Autolayout 帶來的 CPU 消耗會(huì)呈指數(shù)級(jí)上升惯悠。具體數(shù)據(jù)可以看這個(gè)文章：http://pilky.me/36/。 如果你不想手動(dòng)調(diào)整 frame 等屬性竣况，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）克婶，或者使用 ComponentKit、AsyncDisplayKit 等框架。

  3）文本計(jì)算
  如果一個(gè)界面中包含大量文本（比如微博微信朋友圈等）情萤，文本的寬高計(jì)算會(huì)占用很大一部分資源鸭蛙，并且不可避免。如果你對(duì)文本顯示沒有特殊要求筋岛，可以參考下 UILabel 內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)方式：用 [NSAttributedString boundingRectWithSize:options:context:] 來計(jì)算文本寬高娶视，用 -[NSAttributedString drawWithRect:options:context:] 來繪制文本。盡管這兩個(gè)方法性能不錯(cuò)泉蝌，但仍舊需要放到后臺(tái)線程進(jìn)行以避免阻塞主線程歇万。
  如果你用 CoreText 繪制文本，那就可以先生成 CoreText 排版對(duì)象勋陪，然后自己計(jì)算了贪磺，并且 CoreText 對(duì)象還能保留以供稍后繪制使用。

  4）太多的layer或者幾何形狀
  如果視圖的層級(jí)結(jié)構(gòu)太復(fù)雜的話诅愚，當(dāng)某些視圖被渲染或者 frame 被修改的話寒锚，CPU 會(huì)花比較多得時(shí)間去重新計(jì)算 frame。尤其如果用 autolayout 的話违孝，會(huì)更消耗 CPU刹前。同時(shí)過多的幾何結(jié)構(gòu)會(huì)大大增多需要渲染的 OpenGL triangles 以及柵格化的操作（將 OpenGL 的 triangles 轉(zhuǎn)化成像素）

• 繪制

  1）文本繪制
  屏幕上能看到的所有文本內(nèi)容控件，包括 UIWebView雌桑，在底層都是通過 CoreText 排版喇喉、繪制為 Bitmap 顯示的。常見的文本控件 （UILabel校坑、UITextView 等）拣技，其排版和繪制都是在主線程進(jìn)行的，當(dāng)顯示大量文本時(shí)耍目，CPU 的壓力會(huì)非常大膏斤。對(duì)此解決方案只有一個(gè)，那就是自定義文本控件邪驮，用 TextKit 或最底層的 CoreText 對(duì)文本異步繪制莫辨。盡管這實(shí)現(xiàn)起來非常麻煩，但其帶來的優(yōu)勢(shì)也非常大毅访，CoreText 對(duì)象創(chuàng)建好后沮榜，能直接獲取文本的寬高等信息，避免了多次計(jì)算（調(diào)整 UILabel 大小時(shí)算一遍喻粹、UILabel 繪制時(shí)內(nèi)部再算一遍）敞映；CoreText 對(duì)象占用內(nèi)存較少，可以緩存下來以備稍后多次渲染磷斧。

  2）圖片的解碼
  當(dāng)你用 UIImage 或 CGImageSource 的那幾個(gè)方法創(chuàng)建圖片時(shí)振愿，圖片數(shù)據(jù)并不會(huì)立刻解碼捷犹。圖片設(shè)置到 UIImageView 或者 CALayer.contents 中去，并且 CALayer 被提交到 GPU 前冕末，CGImage 中的數(shù)據(jù)才會(huì)得到解碼萍歉。這一步是發(fā)生在主線程的，并且不可避免档桃。如果想要繞開這個(gè)機(jī)制枪孩，常見的做法是在后臺(tái)線程先把圖片繪制到 CGBitmapContext 中，然后從 Bitmap 直接創(chuàng)建圖片藻肄。目前常見的網(wǎng)絡(luò)圖片庫都自帶這個(gè)功能蔑舞。

  3）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(gè)過程嘹屯。這個(gè)最常見的地方就是 [UIView drawRect:] 里面了攻询。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(tái)線程進(jìn)行州弟。一個(gè)簡(jiǎn)單異步繪制的過程大致如下（實(shí)際情況會(huì)比這個(gè)復(fù)雜得多钧栖，但原理基本一致）：

GPU優(yōu)化

• 接收提交的紋理（Texture）和頂點(diǎn)描述（三角形）
• 應(yīng)用變換（transform）、混合并渲染
  1） 紋理的渲染
  所有的 Bitmap婆翔，包括圖片拯杠、文本、柵格化的內(nèi)容啃奴，最終都要由內(nèi)存提交到顯存潭陪，綁定為 GPU Texture。不論是提交到顯存的過程最蕾，還是 GPU 調(diào)整和渲染 Texture 的過程依溯，都要消耗不少 GPU 資源。當(dāng)在較短時(shí)間顯示大量圖片時(shí)（比如 TableView 存在非常多的圖片并且快速滑動(dòng)時(shí)）揖膜，CPU 占用率很低誓沸，GPU 占用非常高梅桩，界面仍然會(huì)掉幀壹粟。避免這種情況的方法只能是盡量減少在短時(shí)間內(nèi)大量圖片的顯示，盡可能將多張圖片合成為一張進(jìn)行顯示宿百。
  當(dāng)圖片過大趁仙，超過 GPU 的最大紋理尺寸時(shí)，圖片需要先由 CPU 進(jìn)行預(yù)處理垦页，這對(duì) CPU 和 GPU 都會(huì)帶來額外的資源消耗雀费。目前來說，iPhone 4S 以上機(jī)型痊焊，紋理尺寸上限都是 4096x4096盏袄，更詳細(xì)的資料可以看這里：iosres.com忿峻。所以，盡量不要讓圖片和視圖的大小超過這個(gè)值辕羽。

2）視圖的混合 (Composing)
當(dāng)多個(gè)視圖（或者說 CALayer）重疊在一起顯示時(shí)逛尚，GPU 會(huì)首先把他們混合到一起。如果視圖結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜刁愿，混合的過程也會(huì)消耗很多 GPU 資源绰寞。為了減輕這種情況的 GPU 消耗，應(yīng)用應(yīng)當(dāng)盡量減少視圖數(shù)量和層次铣口，并在不透明的視圖里標(biāo)明 opaque 屬性以避免無用的 Alpha 通道合成滤钱。當(dāng)然，這也可以用上面的方法脑题，把多個(gè)視圖預(yù)先渲染為一張圖片來顯示件缸。

3）圖形的生成
CALayer 的 border、圓角旭蠕、陰影停团、遮罩（mask），CASharpLayer 的矢量圖形顯示掏熬，通常會(huì)觸發(fā)離屏渲染（offscreen rendering）佑稠，而離屏渲染通常發(fā)生在 GPU 中。當(dāng)一個(gè)列表視圖中出現(xiàn)大量圓角的 CALayer旗芬，并且快速滑動(dòng)時(shí)舌胶，可以觀察到 GPU 資源已經(jīng)占滿，而 CPU 資源消耗很少疮丛。這時(shí)界面仍然能正翅Ｉ滑動(dòng)，但平均幀數(shù)會(huì)降到很低誊薄。為了避免這種情況履恩，可以嘗試開啟 CALayer.shouldRasterize 屬性，但這會(huì)把原本離屏渲染的操作轉(zhuǎn)嫁到 CPU 上去呢蔫。對(duì)于只需要圓角的某些場(chǎng)合切心，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。最徹底的解決辦法片吊，就是把需要顯示的圖形在后臺(tái)線程繪制為圖片绽昏，避免使用圓角、陰影俏脊、遮罩等屬性全谤。

• 輸出到屏幕上
  通常你所能看到的內(nèi)容，主要也就是紋理（圖片）和形狀（三角模擬的矢量圖形）兩類

參考

視圖渲染爷贫、CPU和GPU卡頓原因及其優(yōu)化方案