Instruments之Core Animation学习

一，前言　　

　　当App发展到必定的规模，性能优化就成为必不可少的一点。可是不少人，又对性能优化很陌生，毕竟日常大多时间都在写业务逻辑，不多关注这个。最近在优化本身的项目，也收集了不少资料，这里先浅谈一下使用Instruments中CoreAnimation优化收获的经验以及总结，这是第一篇，后续会更新Timer Profiler,Leaks等其余优化工具的具体用法。

二，准备工做

  　 在性能优化中一个最具参考价值的属性是FPS:全称Frames Per Second,其实就是屏幕刷新率，苹果的iphone推荐的刷新率是60Hz，也就是说GPU每秒钟刷新屏幕60次，这每刷新一次就是一帧frame，FPS也就是每秒钟刷新多少帧画面。静止不变的页面FPS值是0，这个值是没有参考意义的，只有当页面在执行动画或者滑动的时候，FPS值才具备参考价值，FPS值的大小体现了页面的流畅程度高低，当低于45的时候卡顿会比较明显。
 
注意点:
（1）使用真机调试。
（2）最好使用release包测试（release是发布版本，苹果会在release包中作不少优化工做，所以用release包测试出来的性能才是最真实的）。

　　启动程序点击XCode选择左上角-XCode->Open Developer Tool ->Instruments，打开Instruments再选择CoreAnimation：

打开CoreAnimation

CoreAnimation调试界面

图中1是FPS值。
图中2是不一样纬度的调试选项（下面会逐个介绍）。

• Color Blended Layers (图层混合)

这个选项是检测哪里发生了图层混合，先介绍一下什么是图层混合？不少状况下，界面都是会出现多个UI控件叠加的状况，若是有透明或者半透明的控件，那么GPU会去计算这些这些layer最终的显示的颜色，也就是咱们肉眼所看到的效果。例如一个上层Veiw颜色是绿色RGB(0,255,0)，下层又放了一个View颜色是红色RGB(0,0,255)，透明度是50%，那么最终显示到咱们眼前的颜色是蓝色RGB(0,127.5,127.5)。这个计算过程会消耗必定的GPU资源损耗性能。若是咱们把上层的绿色View改成不透明， 那么GPU就不用耗费资源计算，直接显示绿色。混合颜色计算公式：

R(C)=alpha*R(B)+(1-alpha)*R(A)    R(x)、G(x)、B(x)分别指颜色x的RGB份量

若是出现图层混合了，打开Color Blended Layers选项，那块区域会显示红色，因此咱们调试的目的就是将红色区域消减的越少越好。那么如何减小红色区域的出现呢？只要设置控件不透明便可。
（1）设置opaque 属性为true。
（2）给View设置一个不透明的颜色，没有特殊须要设置白色便可。
若是你在lldb中po打印某个控件，你会发现打印出来的数据中，控件的opaque都是true，由于控件这个属性的默认值都是true，因此第一种方法能够直接忽略掉。使用第二种方法你会发现以前红色的都消除掉了。

设置不透明以前

设置不透明以后

label.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
label.layer.masksToBounds = YES;

　　到这里你可能奇怪，设置label的背景色第一行不就够了么，为何还有第二行？这是由于若是label的内容是中文，label实际渲染区域要大于label的size，最外层多了一个sublayer，若是不设置第二行label的边缘外层灰出现图层混合的红色，所以须要在label内容是中文的状况下加第二句。单独使用label.layer.masksToBounds = YES是不会发生离屏渲染，下文会讲离屏渲染。
注意点：UIImageView控件比较特殊，不只须要自身这个容器是不透明的，而且imageView包含的内容图片也必须是不透明的，若是你本身的图片出现了图层混合红色，先检查是否是本身的代码有问题，若是确认代码没问题，就是图片自身的问题，能够联系大家的UI眉眉～

 

Color Hits Green and Misses Red（光栅化）

　　这个选项主要是检测咱们是是否正确使用layer的shouldRasterize属性，shouldRasterize = YES开启光栅化。什么是光栅化？光栅化是将一个layer预先渲染成位图(bitmap)，再加入到缓存中，成功被缓存的layer会标注为绿色,没有成功缓存的会标注为红色，正确使用光栅化能够获得必定程度的性能提高。
适用状况：通常在图像内容不变的状况下才使用光栅化，例如设置阴影耗费资源比较多的静态内容，若是使用光栅化对性能的提高有必定帮助。
　　非适用状况：若是内容会常常变更,这个时候不要开启,不然会形成性能的浪费。例如咱们在使用tableViewCell中，通常不要用光栅化，由于tableViewCell的绘制很是频繁，内容在不断的变化，若是使用了光栅化，会形成大量的离屏渲染下降性能。
若是你在一个界面中使用了光栅化，刚进去这个页面的全部使用了光栅化的控件layer都会是红色，由于尚未缓存成功，若是上下滑动你会发现，layer变成了绿色。可是若是你滑动幅度较大会发现，新出现的控件会是红色而后变成绿色，由于刚开始这些控件的layer尚未缓存。
　　注意点：
（1）系统给光栅化缓存分配了一个固定的大小，所以不能过分使用，若是超出了缓存也会形成离屏渲染。
（2）缓存的时间为100ms，所以若是在100ms内没有使用缓存的对象，则会从缓存中清除。

 

Color Copied Images（图片颜色格式）

　　Shows images that are copied by Core Animation in blue苹果官方注释被拷贝给CPU进行转化的图片显示为绿色。那么这句话怎么理解呢？若是GPU不支持当前图片的颜色格式，那么就会将图片交给CPU预先进行格式转化，而且这张图片标记为蓝色。那么GPU支持什么格式呢？苹果的GPU只解析32bit的颜色格式，若是使用Color Copied Images去调试发现是蓝色，这个时候你也能够去找大家的UI眉眉了～
　　知识扩展：32bit指的是图片颜色深度，用“位”来表示，用来表示显示颜色数量，例如一个图片支持256种颜色，那么就须要256个不一样的值来表示不一样的颜色，也就是从0到255，二进制表示就是从00000000到11111111，一共须要8位二进制数，因此颜色深度是8。一般32bit色彩中使用三个8bit分别表示R红G绿B蓝,还有一个8bit经常使用来表示透明度（Alpha）。

 

Color Non-Standard Surface Formats (不标准的表面颜色格式)

　　这个调试选项没有一篇博文讲过，都是直接略过，我也尝试不少途径去找这个选项究竟是什么做用，然而苹果开发文档以及stack overflow都没有对这个有所解释。本身真机调试尝试了不少发现有个规律，就是打开这个选项，某些Label和Button的背景颜色都会出现银白色，可是不是必先现的，有些Label和Button依然正常颜色背景。其余ImageView等控件是不会出现银白色的背景颜色，猜测是否是和文本Text的设置有关系。若是您对这个有所了解，欢迎讨论。

Color Non-Standard Surface Formats调试效果

 

Color Immediately（颜色刷新频率）

　　当执行颜色刷新的时候移除10ms的延迟，由于可能在特定状况下你不须要这些延迟，因此使用此选项加快颜色刷新的频率。不过通常这个调试选项咱们是用不到的。

Color Misaligned Images(图片大小)

　　这个选项能够帮助咱们查看图片大小是否正确显示。若是image size和imageView size不匹配，image会出现黄色。要尽量的减小黄色的出现，由于image size与imageView size不匹配，会消耗资源压缩图片。下图中的image实际size（81，110），顶部image正常，底部image出现黄色由于放在了一个size x 2的imageView容器中。

Color Misaligned Images调试效果图

 

Color Offscreen-Rendered Yellow（离屏渲染）

　　离屏渲染Off-Screen Rendering 指的是GPU在当前屏幕缓冲区之外新开辟一个缓冲区进行渲染操做。还有另一种屏幕渲染方式-当前屏幕渲染On-Screen Rendering ，指的是GPU的渲染操做是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。 离屏渲染会先在屏幕外建立新缓冲区，离屏渲染结束后，再从离屏切到当前屏幕， 把离屏的渲染结果显示到当前屏幕上，这个上下文切换的过程是很是消耗性能的，实际开发中尽量避免离屏渲染。
触发离屏渲染Offscreen rendering的行为：
（1）drawRect:方法
（2）layer.shadow
（3）layer.allowsGroupOpacity or layer.allowsEdgeAntialiasing
（4）layer.shouldRasterize
（5）layer.mask
（6）layer.masksToBounds && layer.cornerRadius
这里有须要注意的是第三条layer.shouldRasterize ，其实就是咱们本文讲的第三个选项光栅化，光栅化会触发离屏渲染，所以光栅化慎用。
　　第六条设置圆角会触发离屏渲染，若是在某个页面大量使用了圆角，会很是消耗性能形成FPS急剧降低，设置圆角触发离屏渲染要同时知足下面两个条件:

layer.masksToBounds = YES;
layer.cornerRadius = 5;

下图是给一个label设置了圆角，触发离屏渲染：

离屏渲染效果图.jpg

为了尽量避免触发离屏渲染，咱们能够换其余手段来实现必要的功能：
（1）阴影绘制shadow:使用ShadowPath来替代shadowOffset等属性的设置
imageViewLayer.shadowPath = CGPathCreateWithRect(imageRect, NULL);
（2）利用GraphicsContex生成一张带圆角的图片或者view，这里不写具体实现过程，须要的能够度娘Copy，不少现成的代码。

 

Color Compositing Fast-Path Blue (快速路径)

　　Places a blue overlay over content that is detached from the compositor.标记由硬件绘制的路径为蓝色，蓝色越多越好，能够对直接使用OpenGL绘制的图层进行高亮。没有对OpenGL有过多的研究，因此这里没办法给出demo，你们只须要记住蓝色越多越好就ok。

 

Flash Updated Regions (重绘区域)

　　Colors regions on your iOS device in yellow when those regions are updated by the graphics processor.这个选项会对重绘的内容高亮成黄色,重绘就是指使用Core Graphics绘制，绘制会损耗必定的性能，所以重绘区域应该越小越好。下图是用真机进入原生地图开启Flash Updated Regions 调试的效果图，很惋惜截屏不能截到黄色的区域，所以我用红框圈起来，一共两处，坐上角的是在不停的刷新页面，右下角是在不停的刷新当前位置，所以都是使用Core Graphics重绘刷新的一种场景，而且你能够发现黄色区域很小，区域越小性能越好。

Flash Updated Regions开启地图效果图