性能优化

一、性能优化总体思路

性能优化的目标是：让应用运行更流畅、占用更少资源、响应更快、功耗更低。优化可分为以下几个维度：

• 启动速度优化
• 内存优化
• CPU优化
• I/O与磁盘优化
• 网络优化
• 渲染与掉帧优化（UI流畅度）
• 包体积与资源优化

二、应用启动优化

问题1：iOS 应用启动流程分为哪几步？

答案：

1. pre-main阶段：系统加载可执行文件、动态库、初始化ObjC类、执行+load方法等。
2. main阶段：执行main()函数到UIApplicationMain()前的逻辑。
3. 首屏渲染阶段：应用创建UIWindow并显示首屏。

优化方向：

• 减少动态库数量（合并静态库、使用静态链接）
• 避免过多的+load方法（改为懒加载）
• 减少didFinishLaunching中复杂逻辑
• 提前异步初始化非关键模块（使用dispatch_async）
• 缓存上次状态（快速恢复UI）

三、内存优化

问题2：如何定位 iOS 应用的内存泄漏？

答案：

• 使用 Instruments 的 Leaks、Allocations 工具 定位内存泄漏位置。
• 检查闭包中的 [weak self] 使用是否正确。
• 避免循环引用（如 delegate 应该用 weak）。
• 检查 NSTimer、CADisplayLink 是否被释放。
• 检查 NotificationCenter 注册后是否移除观察者。

问题3：如何降低内存占用？

答案：

• 控制图片内存（按需加载、使用SDWebImage缓存）
• 使用autoreleasepool控制局部内存释放
• 大对象懒加载（如大数组、缓存）
• 使用 Instruments -> Memory Graph 查看对象生命周期

四、CPU 优化

问题4：哪些操作最容易造成 CPU 占用过高？

答案：

• 大量布局计算（如 AutoLayout 嵌套）
• 主线程进行 JSON 解析或图片解码
• 大量循环、排序、正则匹配等运算
• 滚动时频繁调用layoutSubviews

优化方向：

• 使用异步线程处理计算任务
• 减少 AutoLayout 层级（可用 Frame 计算或 SnapKit 约束复用）
• 预计算高度或布局
• 使用高效的数据结构（如 Dictionary 替代多重遍历）

五、I/O 与磁盘优化

问题5：如何优化文件读写性能？

答案：

• 避免主线程 I/O 操作（放入异步队列）
• 使用缓存机制（如 NSCache）
• 合理分批写入（避免频繁小文件写）
• 压缩或二进制存储结构体数据
• 删除无用缓存文件

六、网络优化

问题6：网络层的常见性能优化手段有哪些？

答案：

• 请求合并、并发控制（例如使用 URLSessionConfiguration）
• 启用 HTTP/2，多路复用
• 启用 Gzip 压缩
• 缓存静态资源（URLCache）
• 断点续传与增量更新
• 合理使用 CDN
• 降级与重试机制，弱网优化

七、渲染性能优化（UI流畅度）

问题7：为什么会掉帧？

答案：

• 一帧渲染周期约16.7ms，超出时间就会掉帧。
• 常见原因：
  • 主线程阻塞（计算、网络、I/O）
  • 频繁创建/销毁视图
  • 图层混合（overdraw）
  • 图片解码耗时

优化方向：

• 异步绘制（CoreText、YYText）
• 减少离屏渲染（避免圆角+mask）
• 视图复用（UITableView、UICollectionView）
• 图片提前解码（SDWebImage有缓存解码机制）

八、包体积优化

问题8：如何减小应用包体积？

答案：

• 移除无用资源、图片压缩（TinyPNG等）
• 采用 Assets Catalog、App Thinning（Bitcode + Slicing）
• 移除未使用的类与库
• 资源动态下发（热更新或 CDN）
• 使用 Swift Package Manager 管理第三方库，避免重复依赖

九、监控与分析

问题9：常见的性能监控指标有哪些？

答案：

• CPU 使用率
• Memory 占用
• FPS（帧率）
• 卡顿次数与时长
• 启动时长
• 网络耗时与失败率

常用工具：

• Instruments（Time Profiler, Allocations, Leaks）
• Xcode Organizer（分析崩溃、性能）
• 自研性能监控系统（如卡顿检测、OOM监控）

十、典型面试题综合演练

问题10：如何检测和优化界面卡顿？

答案：

1. 利用 CADisplayLink 或 RunLoop Observer 监控主线程卡顿。
2. 发现耗时操作（布局、图片解码等）后，移动到子线程。
3. 对复杂绘制使用异步渲染（如 YYAsyncLayer）。
4. 使用 Instruments 的 Time Profiler 定位耗时函数。

高频考点：

一、启动速度优化（Cold/Warm/Hot）

问题1：iOS 启动分 Cold/Warm/Hot，有何区别？各如何优化与验证？

答案：

• Cold Launch（首次/被杀后）：需加载可执行文件、动态库、ObjC 元数据、Swift 运行时，代价最大。
• Warm Launch（仍在内存但无进程）：系统已有部分缓存，较快。
• Hot Launch（前后台切换）：直接恢复前台，最快。

优化要点（Cold 为重心）：

1. 精简 pre-main：合并/静态化三方库，减少 +load、C 级别构造器；延迟非关键注册（如日志、埋点）。
2. Main 阶段减负：didFinishLaunching 内只保留“首屏必要”，其他全部异步/懒加载。
3. 首屏轻量化：减少首屏层级与网络依赖，Skeleton/占位图先画出来，数据再补。
4. 资源就近化：把首屏必需资源放本地或采用预取；避免解压/大图首次解码阻塞主线程。

验证：

• 用 DYLD_PRINT_STATISTICS/启动日志量化 pre-main；用 Signpost/os_log 打点 T0~首帧；Xcode Organizer/OpenTelemetry 收敛。

问题2：如何系统性降低 pre-main 时间？

答案：

• 禁用/合并动态库：减少 dyld 绑定、重定位。
• 消灭滥用 +load：挪到 initialize/懒加载/启动后异步；避免全局构造体初始化做重活。
• 裁剪 Swift 反射：减少泛型/协议装箱的元数据成本；禁 @objc/动态派发仅保留必要处。
• 资源放 Assets/Slicing：避免启动期 IO/解压。

验证：

• DYLD_PRINT_STATISTICS 对比；Time Profiler 查看 objc_classInitialize、map_images 等调用栈。

二、渲染与掉帧（Core Animation/RunLoop）

问题3：一帧 16.7ms 的预算如何被吃光？怎么查卡顿根因？

答案：

• 渲染流水线：布局（Auto Layout/手算）→绘制（Core Graphics/文本/图片解码）→合成（Core Animation）。
• 常见罪魁：
  • 主线程做重计算/IO/图片解码；
  • 复杂约束抖动（layoutIfNeeded 频繁触发）；
  • 离屏渲染（圆角+mask、阴影无 shadowPath、group opacity）；
  • 过度绘制（overdraw）/视图频繁创建销毁。

定位：

• Instruments：Time Profiler、Core Animation（Color Offscreen-Rendered/Blended Layers/Overdraw）；
• RunLoop 卡顿监控：注册 CFRunLoopObserver 采样 BeforeSources/AfterWaiting 时间窗，>阈值上报堆栈。

优化：

• 异步绘制（文本/富文本用 YYText 思路或 CATiledLayer）；
• 避免离屏：用 shadowPath、shouldRasterize 谨慎开启（静态、低动态性视图）；
• 减层级、复用 Cell、预计算尺寸；
• 图片提前解码+按需下采样，滚动中暂停复杂绘制。

问题4：离屏渲染与过度混合如何快速消除？

答案：

• 离屏渲染：圆角+遮罩、阴影无路径、rasterize 滥用。
  • 用 layer.cornerRadius + continuousCornerRadius（避免 maskToBounds），阴影配 shadowPath，对静态卡片谨慎 shouldRasterize=YES。
• 过度混合（Blend）：半透明视图叠加。
  • 尽量不透明绘制：opaque=YES、用纯色背景、减少 alpha 叠加。

验证：

• Core Animation 勾选 “Color Offscreen-Rendered/Blended Layers/Overdraw”。

三、图片与文本性能

问题5：大图造成内存暴涨/卡顿，如何治理？

答案：

• 按显示尺寸下采样：CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex，避免一次性 decode 原始分辨率。
• 懒加载+解码复用：滚动前预解码，使用 NSCache 控制峰值；内存压力时清理。
• 格式选择：首屏小体积优先（如 HEIC/HEVC 照片资源）；雪碧图与向量资源按场景取舍。
• 避免主线程解码：子线程解码后回主线程设图。

验证：

• Allocations/VM Regions 看 IOSurface、CGImage 峰值；滚动 FPS 改善作为验收。

问题6：长文富文本如何兼顾流畅与排版质量？

答案：

• 异步排版/绘制：文本测量与排版在后台，主线程只接管结果层；使用文字分块/分页。
• 可复用缓存：按字体/行宽/内容 key 缓存排版结果；滑出屏幕即回收。
• 截断策略：首屏只渲染可见行数，进入详情再全渲染。

验证：

• 滚动 FPS、CPU 火焰图（排版函数占比下降）。

四、Auto Layout 与列表优化

问题7：Auto Layout 为何慢？如何“既优雅又快”？

答案：

• 复杂约束会触发约束求解器回溯；频繁 layoutIfNeeded/setNeedsLayout 在滚动中放大。
• 优化：
  • 减少嵌套层级；复用约束（isActive 开关），避免循环依赖；
  • 大量同构 Cell 改用手算 frame 或少量约束；
  • 在 tableView(_:heightForRowAt:) 预计算行高，或使用自适应但缓存结果；
  • 列表用 预取（prefetchDataSource）、Diffable Data Source 降低大批量 reload 抖动。

验证：

• Time Profiler 搜 layoutSubviews、updateConstraints；滚动掉帧显著减少。

五、网络与弱网体验

问题8：HTTP 性能优化三板斧？如何在弱网下稳住体验？

答案：

• 请求层：连接复用（HTTP/2/3）、并发控制、队列化/合并请求、开启压缩。
• 缓存层：合理 URLCache/ETag/If-None-Match，静态资源长缓存；幂等 GET 优先命中本地。
• 数据层：协议瘦身（字段裁剪/二进制/Protobuf）、分页/增量更新。
• 弱网兜底：超时/重试、降级（低清图/低频刷新）、离线缓存、断点续传。

验证：

• 埋点：RT、成功率、首包时延；抓包对比字节数；弱网代理下 A/B 验证体验。

六、磁盘 IO / 数据库 / Core Data

问题9：为什么频繁小 IO 会拖慢应用？如何改造？

答案：

• 小 IO 触发多次系统调用与磁盘寻址，放大延迟。
• 优化：
  • 批量写入、延迟合并（队列缓冲）；
  • 顺序写优先（避免随机写）；
  • SQLite 开 WAL、批事务、预编译语句；
  • Core Data 用 NSBatchUpdate/Delete、启用 Faulting、只取需要字段；
  • 后台清理陈旧缓存、按磁盘配额裁剪。

验证：

• Instruments Filesystem、SQLite 分析；业务时延与耗电数据下降。

七、内存与 OOM（Jetsam）

问题10：iOS OOM 为何难以“捕获”？如何“预防+事后复盘”？

答案：

• OOM 为系统 Jetsam 杀进程，无崩溃栈，不会抛异常。
• 预防：
  • 控峰：NSCache + 内存告警(UIApplication.didReceiveMemoryWarningNotification)清理；
  • 图片下采样/及时释放临时大对象（循环中加 @autoreleasepool{}）；
  • 避免闭包/定时器/通知导致的循环引用。
• 复盘：
  • 记录会话的内存曲线/关键场景快照（对象计数/页面）；
  • 启用 MetricKit 收集 Jetsam 报告（机型/系统/前台后台）。

验证：

• 崩溃率下降、内存峰值与页面切换驻留下降。

八、线程、锁与调度

问题11：为什么“把任务丢到子线程”仍会卡顿？怎么做才有效？

答案：

• 子线程任务竞争 CPU、锁冲突、错误的 QoS（质量等级）导致主线程饥饿。
• 优化：
  • 正确使用 GCD QoS（UI 回主线程、后台解码用 Utility/Background）；
  • 减少共享可变状态；锁用 读写锁 替代重锁；
  • 用生产者-消费者模型限速；避免在主线程等待 semaphore。

验证：

• Time Profiler 观察调度与锁等待；主线程占用率下降、卡顿事件减少。

九、Swift/ARC 与动态派发

问题12：ARC 也会“吃 CPU”，如何写出更省的 Swift 代码？

答案：

• 释放成本：热点循环频繁 retain/release；对象图深会放大 ARC 压力。
• 优化：
  • 选择 值类型 + COW（如 Array/Data）降低引用计数风暴；
  • final class/private 降低动态派发，启用内联（@inlinable 谨慎用）；
  • 热路径减少可选/桥接（as Any/Foundation <-> Swift 类型转换）。

验证：

• 火焰图看 swift_release/retain 占比；等价改写后 CPU 下降。

十、能耗优化（Energy）

问题13：应用“看起来不卡”，却非常耗电，怎么查？

答案：

• 高频唤醒：定时器/定位/蓝牙 keep-alive；
• 后台 IO/网络：反复小包/心跳；
• 传感器/动画：长时间 CADisplayLink、动画未停止。

优化：

• 合并心跳、使用 BGTaskScheduler 做批处理；
• 后台传输用 URLSession background；
• 停止不可见页面动画/DisplayLink；降低定位精度与频率。

验证：

• Instruments Energy Log 下降；日常使用温升/掉电速度改善。

十一、监控与量化（必问）

问题14：线上如何持续量化性能并驱动优化闭环？

答案：

• 指标体系：启动（T0~首帧/可交互）、FPS、CPU/Mem、网络 RTT/成功率、IO 时延、能耗事件。
• 采集：Signpost 埋点、MetricKit、崩溃/OOM/Jetsam、弱网回放；
• 治理：设阈值与回退闸，灰度对比 A/B，版本周报跟踪回归。

一句话答题模板：“先建模（指标/目标），再采集（端侧+服务端），再治理（阈值/A-B/回退），最后复盘（周报+回归测试）。”

十二、可直接复述的代码片段（面试易加分）

片段A：图片按需下采样（避免一次性解码原图）

func downsampledImage(from url: URL, to size: CGSize, scale: CGFloat = UIScreen.main.scale) -> UIImage? {
    let sourceOpt = [kCGImageSourceShouldCache: false] as CFDictionary
    guard let src = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, sourceOpt) else { return nil }
    let maxPixel = max(size.width, size.height) * scale
    let opt: [CFString: Any] = [
        kCGImageSourceCreateThumbnailFromImageAlways: true,
        kCGImageSourceShouldCacheImmediately: true,
        kCGImageSourceThumbnailMaxPixelSize: maxPixel
    ]
    guard let cgimg = CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex(src, 0, opt as CFDictionary) else { return nil }
    return UIImage(cgImage: cgimg)
}

片段B：RunLoop 卡顿监控（采样主线程卡点）

final class HiccupMonitor {
    private var observer: CFRunLoopObserver?
    private let threshold: CFTimeInterval = 0.2
    private var lastTS: CFTimeInterval = 0

    func start() {
        let activities: CFRunLoopActivity = [.beforeSources, .afterWaiting]
        let cb: CFRunLoopObserverCallBack = { observer, activity, info in
            let m = Unmanaged<HiccupMonitor>.fromOpaque(info!).takeUnretainedValue()
            let now = CACurrentMediaTime()
            if activity == .beforeSources { m.lastTS = now }
            if activity == .afterWaiting, now - m.lastTS > m.threshold {
                // 这里上报堆栈/打点
            }
        }
        var ctx = CFRunLoopObserverContext(version: 0, info: Unmanaged.passUnretained(self).toOpaque(),
                                           retain: nil, release: nil, copyDescription: nil)
        observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault, activities.rawValue, true, 0, cb, &ctx)
        CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), observer, .commonModes)
    }
}

片段C：网络缓存与 ETag（弱网省流）

var req = URLRequest(url: url)
req.cachePolicy = .useProtocolCachePolicy  // 配合服务器返回 ETag/Cache-Control
// 命中本地缓存则直接 304，不取大包
URLSession.shared.dataTask(with: req) { data, resp, err in
    // 统计 RTT/缓存命中、失败率
}.resume()

十三、结构化回答模板

结论先行（一句话） → 原理（为什么慢） → 手段（怎么做） → 验证（如何量化） → 风险（权衡/副作用）。

示例（离屏渲染）：

• 结论：减少离屏渲染能显著提升滚动 FPS。
• 原理：离屏需额外开辟缓冲区 + 上下文切换。
• 手段：去遮罩、设 shadowPath、静态视图启用 shouldRasterize。
• 验证：Core Animation 可视化 + FPS 改善。
• 风险：栅格化缓存增内存，动态内容别开。

以上为“性能优化高频考点—可直接面试复述版”。需要的话我可以继续补一套**“场景题（列表卡顿、首屏慢、弱网大图、OOM复盘）逐题攻破与标准答法”**的扩展版——本段已结束，可继续下一组考点。

参考资料

• 《iOS 保持界面流畅的技巧》 —— ibireme (opens in a new tab)
• https://github.com/texturegroup/texture (opens in a new tab)
• https://github.com/johnil/VVeboTableViewDemo (opens in a new tab)
• https://github.com/forkingdog/UITableView-FDTemplateLayoutCell (opens in a new tab)
• https://github.com/facebook/AsyncDisplayKit/tree/master/examples/SocialAppLayout (opens in a new tab)