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墨舞天涯 2023-10-11 23:28:10

文章标签 ios ui卡顿很久都不动 ios 卡顿解决方案主线程 文章分类 iOS 移动开发

卡顿一般是由于CPU或者GPU没有完成内容提交，以至于那一帧会被丢掉，等待下一次机会再显示，而这时显示屏会保留之前的内容不变。

CPU相关

对象创建

对象的创建会分配内存、调整属性、甚至还有读取文件等操作，比较消耗CPU资源。尽量用轻量的对象代替重量的对象。比如CALayer比UIView要轻量许多，如果不需要响应事件，显然用CALayer更加合适。如果不涉及UI操作则尽量放到后台线程去创建。通过Storyboard创建视图对象时，其资源消耗会比直接通过代码创建对象要大很多。
尽量推迟对象创建时间，并把对象的创建分散到多个任务。如果对象可以复用，尽量这类对象放到缓冲池中。

对象调整

对象的调整也很消耗CPU。比如对UIView的显示相关属性（frame、bounds、transform等）调整、视图层次调整。

对象销毁

对象销毁虽然消耗资源不多，但累计起来也是不容忽视的。

布局计算

视图布局的计算是最为常见的消耗CPU资源的地方。如果能在后台线程提前计算好视图布局、并且对视图布局进行缓存，那么这块儿基本就不会产生性能问题。

Autolayout

Autolayout是苹果提倡的技术，在大部分情况下也能很好的提升开发效率，但是对于复杂的视图来说常常会产生严重的性能问题。随着视图数量的增长，Autolayout带来的CPU消耗会呈指数级增长。如果不想手动调整frame属性，可以用一些工具方法替代（left、right、top、button、width、height等）。

文本计算

如果一个界面中包含大量文本，文本的宽高计算会占用很大一部分资源，并且不可避免。可以参考一下UILabel内部的实现方式：

//计算文本高度
[NSAttributeString boundingRectWithSize: options: context: ];
//绘制文本
[NSAttributeString drawWithRect: options: context: ];

尽管这两个方法性能不错，但仍需放在后台线程以避免阻塞主线程。
如果用CoreText绘制文本，就可以先生成CoreText排版对象，然后自己计算。并且CoreText还能够保留供稍后绘制使用。

文本渲染

屏幕上能看到的所有文本内容控件，在底层都是通过CoreText排版、绘制位Bitmap显示的。常见的文本控件其排版和绘制都是在主线程进行的，当显示大量文本时，CPU的压力会非常大。对此解决方案只有一个，那就是自定义文本控件，用TextKit或最底层的CoreText对文本异步绘制。CoreText对象创建后可直接获取文本的宽高等信息，避免了多次计算（调整UILabel大小时计算一遍、UILabel绘制时内部再计算一遍）。CoreText对象占用内存较少，可以缓存下来以备稍后多次渲染。

图片的解码

当使用UIImage或CGImageSource的那几个方法创建图片时，图片数据并不会立刻解码。图片设置到UIImageView或者CALayer.contents中去，并且CALayer被提交到GPU前，CGImage中的数据才会得到解码。这一步发生在主线程并且不可避免。如果想要绕开这个机制，常见的做法是在后台线程先把图片绘制到CGBitmapContext中，然后从Bitmap中直接创建图片。目前常见的网络图片库都自带这个功能。

图像的绘制

图像的绘制一般是指用那些以CG开头的方法把图像绘制到画布中，然后从画布创建图片并显示的一个过程。由于CoreGraphic方法通常都是线程安全的，所以图像绘制很容易放倒后台线程执行。

GPU相关

相对于CPU来说，GPU能干的事情比较单一：接收提交的纹理和顶点描述，应用变换、混合并渲染，然后输出到屏幕。通常所能看到的内容主要也就是纹理（图片）和形状（三角模拟的矢量图形）两类。

纹理的渲染

所有的Bitmap，包括图片、文本、栅格化的内容，最终都要有内存提交到缓存，绑定为GPU纹理。当在较短时间显示大量图片时（比如tableview存在很多图片并且快速滑动时），CPU占用率很低，GPU占用非常高，界面仍会掉帧。避免这种情况的方法只能是只能尽量减少在短时间内显示图片数量，尽可能将多张图片合成一张进行显示。

视图的混合

当多个视图（或者说CALayer）重叠在一起显示时，GPU会首先把它们混合在一起。如果视图结果过于复杂，混合的过程也会消耗很多GPU资源。为了减轻这种情况的GPU消耗，应用应当尽量减少视图数量和层次，并在不透明的的视图里标明opaque属性以避免无用的alpha通道合成。

图形的生成

CALayer的border、圆角、阴影、遮罩（mask），CAShapLayer的矢量图形显示，通常会触发离屏渲染（offscreen rendering），而离屏渲染通常发生在GPU中。当一个列表视图中出现大量圆角的CALayer并且快速滑动时，可以观察到GPU资源已占满而CPU资源消耗很少，这时界面帧数会降到很低。为了避免这种情况可以尝试开启CALayer.shouldRasterize属性，但这会把原本离屏渲染的操作转嫁到CPU上去。对于只需要圆角的某些场合，也可以用一张已经绘制好的圆角图片覆盖到原本视图上；最彻底的解决办法就是把需要显示的圆形在后台线程绘制为图片，避免使用圆角、阴影、遮罩等属性。

AsyncDisplayKit

Facebook发布了其iOS UI框架AsyncDisplayKit（ASDK）的正式版，这个框架被用于Facebook自家的应用Paper，能够提高UI的流畅性并缩短响应时间。主要是把原来在主线程的处理（解码图像、布局、渲染等）放到后台并且可以利用不同的CPU核心。

ASDK 的基本原理

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ASDK认为阻塞主线程的任务主要分为上面三大类。文本和布局的计算、渲染、解码、绘制都可以通过各种方式异步执行，但UIKit和Core Animation相关操作必须在主线程执行。ASDK的目标就是尽量把这些任务从主线程挪走，挪不动的就尽量优化性能。

为了达成这一目标，ASDK 尝试对 UIKit 组件进行封装：

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这是常见的UIView和CALayer的关系：View持有Layer用于显示，View中大部分显示属性实际是从Layer映射而来；Layer的代理在这里是View，当其属性改变动画产生时，View能够得到通知。UIView和CALayer不是线程安全的，并且只能在主线程创建、访问和销毁。

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ASDK 为此创建了 ASDisplayNode 类，包装了常见的视图属性（比如 frame、bounds、alpha、transform、backgroundColor、superNode、subNodes 等），然后它用 UIView—>CALayer 相同的方式，实现了 ASNode—>UIView 这样一个关系。

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当不需要响应触摸事件时，ASDisplayNode可以被设置为layer backed，即ASDisplayNode充当了原来UIView的功能，节省了更多资源。

与 UIView 和 CALayer 不同，ASDisplayNode 是线程安全的，它可以在后台线程创建和修改。Node 刚创建时，并不会在内部新建 UIView 和 CALayer，直到第一次在主线程访问 view 或 layer 属性时，它才会在内部生成对应的对象。当它的属性（比如frame、transform）改变后，它并不会立刻同步到其持有的 view 或 layer 去，而是把被改变的属性保存到内部的一个中间变量，稍后在需要时，再通过某个机制一次性设置到内部的 view 或 layer。

通过模拟和封装 UIView、CALayer，开发者可以把代码中的 UIView 替换为 ASNode，很大的降低了开发和学习成本，同时能获得 ASDK 底层大量的性能优化。为了方便使用， ASDK 把大量常用控件都封装成了 ASNode 的子类，比如 Button、Control、Cell、Image、ImageView、Text、TableView、CollectionView 等。利用这些控件，开发者可以尽量避免直接使用 UIKit 相关控件，以获得更完整的性能提升。

ASDK 的图层预合成

有时一个 layer 会包含很多 sub-layer，而这些 sub-layer 并不需要响应触摸事件，也不需要进行动画和位置调整。ASDK 为此实现了一个被称为 pre-composing 的技术，可以把这些 sub-layer 合成渲染为一张图片。开发时，ASNode 已经替代了 UIView 和 CALayer；直接使用各种 Node 控件并设置为 layer backed 后，ASNode 甚至可以通过预合成来避免创建内部的 UIView 和 CALayer。
通过这种方式，把一个大的层级，通过一个大的绘制方法绘制到一张图上，性能会获得很大提升。CPU避免了创建UIKit对象的资源消耗，GPU避免了多张纹理合成和渲染的消耗，更少的 Bitmap 也意味着更少的内存占用。

ASDK异步并发操作

自 iPhone 4S 起，iDevice 已经都是双核 CPU 了。充分利用多核的优势、并发执行任务对保持界面流畅有很大作用。ASDK 把布局计算、文本排版、图片/文本/图形渲染等操作都封装成较小的任务，并利用 GCD 异步并发执行。如果开发者使用了 ASNode 相关的控件，那么这些并发操作会自动在后台进行，无需进行过多配置。

RunLoop任务分发

Runloop work distribution 是 ASDK 比较核心的一个技术。

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iOS 的显示系统是由 VSync 信号驱动的，VSync 信号由硬件时钟生成，每秒钟发出 60 次（这个值取决设备硬件，比如 iPhone 真机上通常是 59.97）。iOS 图形服务接收到 VSync 信号后，会通过 IPC 通知到 App 内。App 的 Runloop 在启动后会注册对应的 CFRunLoopSource 通过 mach_port 接收传过来的时钟信号通知，随后 Source 的回调会驱动整个 App 的动画与显示。

Core Animation 在 RunLoop 中注册了一个 Observer，监听了 BeforeWaiting 和 Exit 事件。这个 Observer 的优先级是 2000000，低于常见的其他 Observer。当一个触摸事件到来时，RunLoop 被唤醒，App 中的代码会执行一些操作，比如创建和调整视图层级、设置 UIView 的 frame、修改 CALayer 的透明度、为视图添加一个动画；这些操作最终都会被 CALayer 捕获，并通过 CATransaction 提交到一个中间状态去（CATransaction 的文档略有提到这些内容，但并不完整）。当上面所有操作结束后，RunLoop 即将进入休眠（或者退出）时，关注该事件的 Observer 都会得到通知。这时 CA 注册的那个 Observer 就会在回调中，把所有的中间状态合并提交到 GPU 去显示；如果此处有动画，CA 会通过 DisplayLink 等机制多次触发相关流程。

ASDK 在此处模拟了 Core Animation 的这个机制：所有针对 ASNode 的修改和提交，总有些任务是必需放入主线程执行的。当出现这种任务时，ASNode 会把任务用 ASAsyncTransaction(Group) 封装并提交到一个全局的容器去。ASDK 也在 RunLoop 中注册了一个 Observer，监视的事件和 CA 一样，但优先级比 CA 要低。当 RunLoop 进入休眠前、CA 处理完事件后，ASDK 就会执行该 loop 内提交的所有任务。具体代码见这个文件：ASAsyncTransactionGroup。

通过这种机制，ASDK 可以在合适的机会把异步、并发的操作同步到主线程去，并且能获得不错的性能。