iOS 如何优化项目

前言

在项目业务趋于稳定的时候，开发完迭代需求后，我们可能会无所适从，进入一段空白期，但是对于攻城狮来说闲暇不是件好事，所以我们可能总想学点什么，却又没有头绪。这个时候我们就可以考虑完善和优化我们的项目了。从中可以运用到一些底层RunLoop或者Runtime的知识，熟能生巧总是没错的😬

1. 结构与架构

1.1 结构

这里说的结构大概有两点：1.文件目录分类 2.第三方库管理

1.1.1 文件目录分类

为了方便管理，最好将Xcode中的项目展示目录与实际的存储目录保持一致
此外，一般按业务模块分类,一级目录可以按照MVC格式，也可以按照业务模块划分
用最普遍的Model View Controller架构举例

• 1. 以一个基础的电商项目来解释，4个tabbarItem对应着四大模块，首页、分类、购物车、个人中心，往下每个还可以细分为MVC+Session层
• 2. 按项目架构来分
     
     最外层为Model、View、Controller、Session层,内部才是业务模块
     这一块无需多言，两者配合使用即可

1.1.2 第三方库

个人建议：时间允许的话自己多造造轮子，风险可控，好维护

如非必要，尽量不要直接使用已经编译好的三方库(framework/.a)，最好自己去编译三方库(安全要求)

管理方面有三种方式：

1. 手动管理
   手动维护各种第三方库，适合于已经趋于稳定、极少Bug的三方库
2. CocoaPods
3. Carthage

这里更推荐使用Carthage,因为它对项目的侵入性最小，而且是去中心化管理，不需要等待漫长的pod update / install过程.不过各有各的好处,使用CocoaPods简单粗暴,基本不需要额外设置什么,看自己需求吧

1.2 项目架构

项目逻辑基本都围绕了一条主线时，我们采用MVC已经可以很好的满足我们的需求，但是当业务逻辑日渐复杂的时候，我们单纯的采用Model View Controller这种编程模式已经不能很好的将业务逻辑与代码分离开，也就是解耦Decouple.
为了更好的将ViewController解耦，产生了Model View ViewModel这种编程模式，ViewModel层其实做了一层Model与ViewController中间的桥接，有利有弊，该模式会产生很多胶水代码，但是配合响应式编程框架(如 ReactiveCocoa或者RxSwift),可以做到最大程度的解耦。，适合与自己实际项目业务复杂程度的模式才是好的编程模式。

引申 : <关于组件化编程>
如果项目业务很复杂、很多业务组件都通用，可以采用组件化编程，常用的一种就是采用CocoaPods将项目业务模块分拆成各种pod库，使用什么模块直接集成就好,再配合MVVM和响应式编程框架(如 ReactiveCocoa或者RxSwift),可以做到最大程度的解耦。

2. 崩溃&性能调优

当项目已经完成业务模块上线后，我们就可以开始考虑关于如何提高App的用户体验，举例一下几个问题：

1. 代码规范，定期code review了吗
2. 复杂列表的滚动时FPS可以保持在60帧左右吗？
3. 页面加载渲染的耗时能不能进一步减小？
4. 网络缓存有做吗，UIWebView / WKWebView的常用静态资源做缓存了吗
5. App的启动时间可以在保持最小业务逻辑的同时再减小一点吗？

2.1 UITest & UnitTest

当开发完新需求的时候，在提测之前我们最好编写下UITest和UnitTest,覆盖主业务流程即可，可以提高我们的提测质量，减小一些可见的Bug，再加上冒烟用例,最大程度上提高我们提测的质量(成为KPI之王 - 😏)，而且上线之后这些单元测试和UITest组件的脚本可以配合自动化测试定期进行回归测试，提高App的质量，减少崩溃率

2.2 NullSafe

绝大多数情况下，我们向NSNull对象发送消息，都会产生崩溃，NSNull对象常见于后台返回数据中可能会有null字段，很多JSON库都会转成NSNull对象，如下情况就会产生崩溃：

id obj = [NSNull null];
NSLog(@"%@", [obj stringValue]);

但是向nil对象发送消息则不会产生崩溃，这些可以参考NullSafe中的处理方法，重写
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)aSelector和- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation这两个方法将没能力处理消息的方法签名转发给nil对象则不会产生崩溃
此外，常见的崩溃比如，NSArray取值越界，NSDictionary传了nil对象，这些问题产生的崩溃可以使用Runtime中的Method Swizzle,将原生的方法hook掉，如下：

@implementation NSMutableDictionary (NullSafe)

- (void)swizzleMethod:(SEL)origSelector withMethod:(SEL)newSelector
{
    Class class = [self class];
    
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(class, origSelector);
    Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(class, newSelector);
    
    BOOL didAddMethod = class_addMethod(class,
                                        origSelector,
                                        method_getImplementation(swizzledMethod),
                                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
    if (didAddMethod) {
        class_replaceMethod(class,
                            newSelector,
                            method_getImplementation(originalMethod),
                            method_getTypeEncoding(originalMethod));
    } else {
        method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
    }
}

+ (void)load {
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        id obj = [[self alloc] init];
        [obj swizzleMethod:@selector(setObject:forKey:) withMethod:@selector(safe_setObject:forKey:)];
        
    });
    
}

- (void)safe_setObject:(id)value forKey:(NSString *)key {
    if (value) {
        [self safe_setObject:value forKey:key];
    }else {
        NullSafeLogFormatter(@"[NSMutableDictionary setObject: forKey:], Object cannot be nil")
    }
}

@end

这种解决方法可以避免诸如数组取值越界、字典传空值、removeObjectAtIndex等错误，如下的崩溃就可以避免：

id obj = nil;
NSMutableDictionary *m_dict = [NSMutableDictionary dictionary];
[dict setObject:obj forKey:@"666"];

2.2 监控系统

目前大多数App都集成了第三方统计库，常见的比如腾讯的Bugly、友盟的U-App等等，在这介绍下如何自建性能监控库

可以使用PLCrashReporter或者KSCrash库解析崩溃日志并符号化，再上传至后台，自己做收集加统计，顺带提一下，我们使用了PLCrashReporter，后端使用了Laravel，很方便的开发了一套简单的崩溃及各种性能参数收集的系统,所以如果要自建，可以考虑这个组合

• CPU、内存、FPS记录及保存
  
  CPU、FPS、Memory占用网上都有现成的方法获取到这三个参数,这三个属于性能监控，可以定时记录，比如10S记录一次到本地文件中，每次打开App上传昨天的日志。这就要自己制定日志上传的策略了

• 卡顿日志收集
  
  用户能感受到的卡顿一般都是因为在主线程做了耗时操作，举几个会发生卡顿的例子：

  1. viewDidLoad中 for循环中初始化10000个UILabel实例
  2. cellForRow代理方法中手动休眠usleep(100*1000)

  如何监听这些事件呢？查看下源代码,核心方法CFRunLoopRun简化后的逻辑如下：

    int32_t __CFRunLoopRun()
{
    //通知即将进入runloop
    __CFRunLoopDoObservers(KCFRunLoopEntry);
     
    do
    {
        // 通知将要处理timer和source
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);
         
        __CFRunLoopDoBlocks();  //处理非延迟的主线程调用
        __CFRunLoopDoSource0(); //处理UIEvent事件
         
        //GCD dispatch main queue
        CheckIfExistMessagesInMainDispatchQueue();
         
        // 即将进入休眠
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);
         
        // 等待内核mach_msg事件
        mach_port_t wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();
         
        // Zzz...
         
        // 从等待中醒来
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);
         
        // 处理因timer的唤醒
        if (wakeUpPort == timerPort)
            __CFRunLoopDoTimers();
         
        // 处理异步方法唤醒,如dispatch_async
        else if (wakeUpPort == mainDispatchQueuePort)
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()
             
        // UI刷新,动画显示
        else
            __CFRunLoopDoSource1();
         
        // 再次确保是否有同步的方法需要调用
        __CFRunLoopDoBlocks();
         
    } while (!stop && !timeout);
     
    //通知即将退出runloop
    __CFRunLoopDoObservers(CFRunLoopExit);
}

我们可以看到在kCFRunLoopBeforeSources和kCFRunLoopBeforeWaiting等待时间过长即可判定为卡顿，具体怎么算作卡顿，我们都知道FPS为一秒60帧左右最好，FPS即为Frames Per Second，严格意义上一秒60帧算流畅，也就是一帧需要1s/60 = 16.6ms，考虑会有其他的一些事件影响，可以用连续几次50ms或者单次耗时过长判定为卡顿。判定为卡顿之后，我们可以使用PLCrashReporter或者KSCrash生成日志记录，可以存储到本地
我们可以使用CFRunLoopObserverRef来实时获取NSRunLoop状态值的变化,一下为一个样例：

@interface LagCollectionTool ()
{
    int timeoutCount;
    CFRunLoopObserverRef observer;
    BOOL observeLag;
@public
    dispatch_semaphore_t semaphore;
    CFRunLoopActivity activity;
}

@end


@implementation LagCollectionTool

+ (instancetype)shareInstance {
    static dispatch_once_t onceToken;
    static LagCollectionTool *tool = nil;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        tool = [[LagCollectionTool alloc] init];
    });
    return tool;
}

- (void)lanuch {
    if (observer)
        return;
    
    // 信号
    semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
    
    // 注册RunLoop状态观察
    CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
    observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,
                                       kCFRunLoopAllActivities,
                                       YES,
                                       0,
                                       &runLoopObserverCallBack,
                                       &context);
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, kCFRunLoopCommonModes);
    
    // 在子线程监控时长
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        while (YES)
        {
            long st = dispatch_semaphore_wait(semaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 50*NSEC_PER_MSEC));
            if (st != 0)
            {
                if (!observer)
                {
                    timeoutCount = 0;
                    semaphore = 0;
                    activity = 0;
                    return;
                }
                
                if (activity==kCFRunLoopBeforeSources || activity==kCFRunLoopAfterWaiting)
                {
                    timeoutCount++;
                    //                    NSLog(@"%d", timeoutCount);
                    if (timeoutCount < 5)
                        continue;
                    NSLog(@"----------------卡爆了！----------------");
                    
                    PLCrashReporterConfig *config = [[PLCrashReporterConfig alloc] initWithSignalHandlerType:PLCrashReporterSignalHandlerTypeBSD
                                                                                       symbolicationStrategy:PLCrashReporterSymbolicationStrategyAll];
                    PLCrashReporter *crashReporter = [[PLCrashReporter alloc] initWithConfiguration:config];
                    
                    NSData *data = [crashReporter generateLiveReport];
                    PLCrashReport *reporter = [[PLCrashReport alloc] initWithData:data error:NULL];
                    NSString *report = [PLCrashReportTextFormatter stringValueForCrashReport:reporter
                                                                              withTextFormat:PLCrashReportTextFormatiOS];                                                                                  
                    //上传卡顿日志文件
                                        
                }
            }
            timeoutCount = 0;
        }
    });
                     
}

static void runLoopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
    LagCollectionTool *tool = (__bridge LagCollectionTool *)info;
    tool->activity = activity;
    
    dispatch_semaphore_t semaphore = tool->semaphore;
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}

• 从容崩溃，上传崩溃日志
  
  通过使用NSSetUncaughtExceptionHandler注册自己的异常处理回调，发生崩溃时让程序显示的从容一点，不会直接闪退，可以弹出自己的崩溃异常界面，可以参考Bilibili的界面，比如说前方遇到高能反应之类，程序需要重启之类的，不会让用户感觉到很突兀得闪退了，也可以在收到崩溃日志后手动维护Runloop，下面是一个样例：

// 1. 注册ExceptionHandler

+ (void)installUncaughtExceptionHandler {
    NSSetUncaughtExceptionHandler(&HandleException);
    
    signal(SIGHUP, SignalHandler);
    signal(SIGINT, SignalHandler);
    signal(SIGQUIT, SignalHandler);
    
    signal(SIGABRT, SignalHandler);
    signal(SIGILL, SignalHandler);
    signal(SIGSEGV, SignalHandler);
    signal(SIGFPE, SignalHandler);
    signal(SIGBUS, SignalHandler);
    signal(SIGPIPE, SignalHandler);
}

// 2. 处理崩溃信息
void SignalHandler(int signal) {
    // 1. 获取调用栈
    // 2. 处理异常
    
    // 3. App保活
    BOOL isContiune = TRUE; // 是否要保活
    CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
    CFArrayRef allModes = CFRunLoopCopyAllModes(runLoop);

    while (isContiune) {
        for (NSString *mode in (__bridge NSArray *)allModes) {
            CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, true);
        }
    }
    CFRelease(allModes);
    signal(SIGABRT, SIG_DFL);
    signal(SIGILL, SIG_DFL);
    signal(SIGSEGV, SIG_DFL);
    signal(SIGFPE, SIG_DFL);
    signal(SIGBUS, SIG_DFL);
    signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
}

延伸：

监控系统不光局限于性能、崩溃率，也可以将统计策略延伸到网络请求连通率或者一些业务层面，更好的把控App的质量

2.3 性能调优&App体验优化

前面我们介绍了如何有效地减少崩溃及优雅地处理崩溃，下面来看看解决性能问题需要注意几点。

2.3.1 懒加载的利与弊

懒加载适用于一些可能不会加载的页面，比如弹框、空数据页面之类的，使用得当可以避免内存暴涨，使用不好，比如在必定会弹出的页面中使用懒加载可能会在增加页面响应时间，所以使用懒加载一定要注意使用场景，避免产生副作用

2.3.2 避免使用重绘

重写 drawRect 或者 drawReact:inContext方法会默认创建一个图层上下文，图形上下文所需要的内存为图层宽 * 图层高 * 4字节，图层每次进行重绘时都需要抹掉内存重新分配，会产生巨大的性能开销
UIView类实际上是对CALayer的封装，关于UI层面的性能优化有很多东西，可以看看iOS CoreAnimation 核心动画高级编程中关于图层性能的一章

2.3.3 App体验优化

谈起App体验优化，其实这是个玄学，你需要在性能与体验上找到一个平衡点，常见的糟糕的体验包括：

• UITableViewCell 使用不当造成滑动卡顿
• 大量cornerRadius和maskToBounds一起使用造成的离屏渲染造成的性能问题
• 网络请求操作没有任何状态展示，比如加载框、按钮置灰等
• 网络请求没有进行缓存

这些问题只是App的细节，但是从细节入手才能更显的专业~
我们重点谈谈网络请求优化：

2.3.3.1 手动维护DNS解析

用www.manoboo.com来举例,通过域名访问首先会寻找DNS解析服务器，然后才会映射到自己的服务器IP上。我们直接使用IP请求接口访问网络资源，可以避免很多问题，但是有利有弊，需要自己维护DNS映射，在直接比如：

1. 运营商DNS流量劫持，具体表现在你的H5网页莫名其妙的被加了广告(关于这个问题，也可以做域名白名单，非本域名资源禁止请求，或者H5方面做处理)，也有
2. DNS服务商(如万网)解析出现故障造成的大批量用户无法正常使用App，按天计算。。
3. DNS解析延迟过高造成的加载超时导致用户体验差

此时我们可以考虑自己手动做DNS解析,简单点可以在网络请求时将URL中的域名替换掉，或者在Objective-C中实现NSURLProtocol(Swift中为URLProtocol)的子类对应的方法，做全局替换URL
不过也有些弊端：

1. 需要手动维护DNS解析表，解析出错后需要一套容错方案，保证接口的畅通
2. HTTP请求可以通过设置header中的host字段进行网络请求，HTTPS请求还需额外配置，受限于篇幅原因，详细的弊端和解决方法可以阅读下这篇文章HTTPDNS在iOS中的实践

2.3.3.2 网络请求缓存优化

适用场景：一些更新频率较低的场景：比如个人中心
关于网络请求缓存，App端的网络请求对面到后端更多的是增删改查，这个方面需要和后端配合，是否资源改变即后端是否需要重新检索或修改数据，这个时候我们就需要一个value比如时间戳Last-Modified或者标识ETag来告知服务器自己当前的资源标记，目前常用的策略为：
以时间戳Last-Modified为例

1. App端第一次请求接口，服务端返回成功，HTTP Status为200，并且在返回的Header中用Last-Modified表明服务器中该资源最后被修改的时间
2. App端第二次请求该接口，Header中传递本地缓存的Header中的Last-Modified,如果服务器端的资源并未发生变化，则会返回HTTP Status为304，我们直接可以使用本地的缓存，传输流量更少，相对而言，用户的等待时间会更短

注：
量化而非猜测，这是我们开发过程中的一个原则，当遇到性能问题时，我们可以使用instruments来测量实际运行过程中的各个参数，找到问题所在（建议真机调试而不是模拟器，真机才能更高的还原性能问题）

instruments中工具都有各自的用处，比如可以使用Leask查看App运行过程中的内存泄露，使用TimeProfiler查看App启动耗时或者方法耗时,或者偷懒一点可以使用CACurrentMediaTime()两次的差值计算方法耗时

结语

受限于篇幅原因，有些点也是一概而过，iOS中如何优化一个项目，这是一门很深的学问，知识点范围很广，我也只是涉及到了一部分，学无止境嘛，完成工作的同时我们也可以做一个酷酷的程序员，学学Haskell去体验下函数式编程思维的乐趣，或者搞搞LLDB更好得做个Debugger
最后，非常感谢您阅读这篇文章，如果我的文章产生了帮助，可以给一个小小的红心☺️，欢迎去我的小站www.manoboo.com拍砖啦，我会努力创作更好的文章

文中引用到的文章如下：

• CocoaChina - iOS 实时卡顿监控
• iOS Core Animation: Advanced Techniques 中文译本

文中所涉及到的开源库如下：

• PLCrashReporter
• KSCrash
• MBNullSafe ManoBoo编写的NullSafe库，会进一步拓展功能

另注： 采用 “署名-非商业性使用-相同方式共享 3.0 中国大陆 ”创作共用协议， 转载时请以链接形式标明本文地址。如只引用部分内容也请注明来源。