「原创译文」iOS 性能优化：Instruments 工具的救命三招

你的 iOS 应用，运行速度靠谱吗？中枪的同窗莫要愁，性能优化咱有妙招。用 Xcode 自家的调试工具 Instruments，揪出那些堵线程、占内存、耗资源的问题代码，完全破掉迷局，让应用扬眉吐气！

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对于每位 iOS 开发者来讲，代码性能是个避不开的话题。随着项目的扩大和功能的增多，没通过认真调试和优化的代码，要么任性地卡顿运行，要么低调地崩溃了之……结果呢，你们用着不高兴，开发者也不开心。

其实要破这个局面并不难，只要在 Xcode 自带的监控调试工具 Instruments 上花点功夫，让大代码流畅运行也不是神话。Instruments 提供了不少功能，我会重点介绍一下我最经常使用的三大类：

• Time Profiler：分析代码的执行时间，找出致使程序变慢的缘由。
• Allocations：监测内存使用/分配状况
  迅速膨胀的内存能够很快让程序毙命，因此要多加防范。
• Leaks：找到引起内存泄漏的起点

即便有 ARC（自动引用计数）内存管理机制，但在现实中对象之间引用复杂，循环引用致使的内存泄漏仍然难以免，因此关键时刻还要自力更生。

针对这三方面的测试，我写了个演示应用，放在 GitHub 上，来帮助你们更直观地了解这些工具的使用方法。好，进入正题。

Time Profiler

时间都去哪儿啦？ Time Profiler 能够回答。它会按照设定的时间间隔（默认 1 毫秒）来跟踪每一线程的堆栈信息（stack trace），并经过比较时间间隔之间的堆栈状态，来推算出某个方法执行了多久，给出一个近似值。
在演示应用头一项「Time Profiler: System Methods」中，我用插入排序（Insertion Sort）和冒泡排序（Bubble Sort）两种算法来作性能比较，下面是 Swift 代码：

/* 引用自：http://waynewbishop.com/swift/sorting-algorithms/ */

func insertionSort() {
    var x, y, key: Int

    for (x = 0; x < numberList.count; x++) {
        key = numberList[x]

        for (y = x; y > -1; y--) {
            if key < numberList[y] {
                numberList.removeAtIndex(y + 1)
                numberList.insert(key, atIndex: y)
            }
        }
    }
}

func bubbleSort() {
    var x, y, z, passes, key : Int

    for (x = 0; x < numberList.count; ++x) {
        passes = (numberList.count - 1) - x;

        for (y = 0; y < passes; y++) {
            key = numberList[y]

            if (key > numberList[y + 1]) {
                z = numberList[y + 1]
             numberList[y + 1] = key
                numberList[y] = z
            }
        }
    }
}

这段代码主要是对数组的添加和删除，两种方法执行起来耗时很少，但后台发生的系统动做却多得让人眼晕。

能够发现，代码用到了不少间接依赖，这些都是支撑代码运行的系统库文件。由于处理大数据集比较消耗系统资源，因此要尽量地把繁重的操做放到后台去作，上面的代码就走的后台线程。在上图的 Call Tree 中能够看到，被调用的堆栈名是 dispatch_worker_thread3。若是把它放到主线程去执行，程序确定会挂起。不信你注释掉 dispatch_async 调用看一下。

再来个图片加载的例子。

这儿有三种图片加载方法：

• loadSlowImage1：从指定 URL 下载一张图片（加载速度慢）
• loadImage2：从本地资源库加载一张图片（注意：没用系统缓存）
• loadFastImage3：从系统缓存中加载一张图片（加载速度快）

咱们来看看 Time Profiler 算出的结果是否是跟预想的同样。

进入演示应用第二项「Time Profiler: Our Methods」，点击「Reload」十次来重复加载图片，这样能产生足够的数据来分析。而后在 Time Profiler 图表中经过拖拉鼠标选中要放大查看的区域，从 Call Tree 中双击调用了 .reload 方法那一行（上图中加亮选中那一行），就会跳转到对应的代码行，所用时间也标注出来了。

看到谁最花时间了吧。虽然代码没什么可优化的地方，但你们应该认识到缓存能发挥的做用。因此即便有时还得调用 loadSlowImage，多数状况下把图片缓存下来，仍是能省些资源占用。

此外，我想再说说 Call Tree 的选项设置。

这些选项默认是不选的，但把它们勾选上能够帮你更快定位到关键的代码上，每每这也是问题的源头。

• Separate by Thread：按线程分开作分析，这样更容易揪出那些吃资源的问题线程。特别是对于主线程，它要处理和渲染全部的接口数据，一旦受到阻塞，程序必然卡顿或中止响应。
• Invert Call Tree：反向输出调用树。把调用层级最深的方法显示在最上面，更容易找到最耗时的操做。
• Hide Missing Symbols：隐藏缺失符号。若是 dSYM 文件或其余系统架构缺失，列表中会出现不少奇怪的十六进制的数值，用此选项把这些干扰元素屏蔽掉，让列表回归清爽。
• Hide System Libraries：隐藏系统库文件。过滤掉各类系统调用，只显示本身的代码调用。
• Flattern Recursion：拼合递归。将同一递归函数产生的多条堆栈（由于递归函数会调用本身）合并为一条。
• Top Functions：找到最耗时的函数或方法。

须要添加其余工具的话：

Allocations

咱们常常须要从服务器下载大量图片，特别是开发照片类的应用。但每每稍不注意，内存使用就会暴增，因此得保证把这些图片缓存下来以便重复使用。下面来看看演示程序中内存分配的例子。

从图中能够看到，每次点击「Reload」从新载入图片时，内存都会出现使用峰值。应用先分配大量内存来替换原有图片，而后再释放掉这部份内存，可想而知这样的操做效率高不了，并且若是要下载更大的文件，呃，局面大概会失控吧。

看一下堆栈列表第四行，ImageIO_PNG_Data 里有 9 张处于活动状态的图片，占用了12.38 MB 内存，这些都是没被系统释放或缓存的内存，因此致使堆内存分配升高。接下来再看看使用缓存后的效果。

使用了缓存库（Swift Haneke）后，点「Reload」五次，这回在 Allocations 列表中却看不到 ImageIO_PNG_Data 对象了，这说明它是空的，没有任何图像数据。同时，All Heap Allocations 的大小已从刚才的 14.61 MB 降到了 2.51 MB。Anonymous VM（匿名虚拟内存）是系统为程序预留的、可能会当即被重复使用的一部分可用内存。要防止程序崩溃，就别让堆的尺寸增加太快。

还有就是，例子用的是异步方式来加载图片，这样用不着等到全部图片下载完才能在界面中显示。大多数图像缓存库都会把加载工做放到后台，以免延长主线程的响应周期。

Leaks

尽管 Apple 推出的 ARC 能够有效防范内存泄漏，但出问题的机率仍是会有，Swift 也不例外。鉴于篇幅有限，本文就不涉及内存和 ARC 的工做原理了，具体能够参考官方文档。我会用代码来触发内存泄漏。

首先从最底层上说，当两个对象相互创建了强引用（strong reference），当一个对象被释放，另外一个对象因为是强引用的关系不容许被释放，此时 ARC 没法肯定没被释放的对象到底还有没有用，因而就致使了内存泄漏。

要解决这个问题，能够将其中的一个对象中变量设为 weak，不让它出如今保留周期中。不少开发者在管理 view controller 时常会在内存泄漏上中招，觉得换了新的 controller，老的 controller 就被释放回收了，其实还没。这样代码一多，就会形成不少对象都没被释放。因此用这个工具把整个应用跑一遍，把那些断链的强引用清理干净，会大有裨益。

除了上述这三类工具，Instruments 还有不少实用的工具，推荐你们根据本身的关注点，花些时间去学学。好比：

• Core Data：监测读取、缓存未命中、保存等操做，能直观显示是否保存次数远超实际须要。
• Cocoa Layout：观察约束变化，找出布局代码的问题所在。
• Network：跟踪 TCP / IP和 UDP / IP 链接。
• Automations：建立和编辑测试脚原本自动化 iOS 应用的用户界面测试。

最后小总结下。我倒不想一味夸大 Instruments 的做用，若是应用跑得挺痛快，没出现啥调皮行为，大可把它忽略，等到问题来了再作优化。对于新手来讲，花些时间了解 Instruments 的功能，多调试多积累经验，这样作出来的应用在用户体验上确定错不了。

你最经常使用的 Instruments 工具都有哪些？欢迎与咱们分享。

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原文：How To Use The 3 Instruments You Should Be Using 译者：LeanCloud