iOS 应用性能测试的相关方法、工具及技巧
2016-05-17 09:48
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用户不喜欢等待。他们不关心也不应该关心一个应用初始化的时候需要什么，他们只想尽快地完成他们的任务。你的应用应该几乎是瞬间启动的，其界面应当如丝般顺滑。在充满竞争的软件市场中，应用的性能是关键的优势之一。
作为开发者，我们也希望对我们辛苦开发的 app 感到自豪。
然而，性能优化是一个棘手的问题。大多数的瓶颈是反直觉的。如果没有合适的度量，找出拖慢 app 的原因是非常困难的。
要优化你的 app 的性能，你应该基于数据做决定。在这篇文章中我将会通过度量你的 app 的不同方面的性能，来展示如何得到这个数据。
我将谈及的方面是：
CPU，GPU，内存以及 app 的能源消耗；
响应性；
启动时间；
从你的用户那里收集的性能指标；
让我们开始吧！
CPU，GPU，内存以及能源消耗
分析你的 app 的第一个任务，是找出过度使用 CPU， GPU 或者内存的低效代码。Apple 有一个很棒的工具 Instruments 来完成这个任务：
有4个主要的方面需要重点考虑：
CPU (“Time Profiler” 工具);
GPU (“Core Animation” 工具);
内存使用 (“Allocations” 工具);
电量使用 (“Energy diagnostics” 工具).
关于使用 Instruments 来分析 app 的最佳信息来源就是 WWDC 视频。
有一些入门的精华：
Learning Instruments;
iOS Performance 1, 2, 3;
Improving You App With Instruments;
Advanced Graphics & Animations for iOS Apps;
Profiling In-Depth;
Cocoa Touch Best Practices;
iOS Performance and Power Optimization with Instruments;
Polishing Your App.
响应性
下一个需要测量的重要的东西是 UI 的响应性。触摸的处理发生在主线程。主线程有耗时操作的时候，你的 app 变得反应迟钝。
即使有些操作并不使用 CPU，它们也可能会占用时间。如果主线程有同步调用，测量这些调用耗费的时间。
要测量这个，你可以使用日志。
CFAbsoluteTime startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
// Your method
NSUInteger milliseconds = (NSUInteger)((CFAbsoluteTimeGetCurrent() — startTime) * 1000);
NSLog(“Done in %lu ms”, milliseconds);
Viber 的开发者描述了另一种方法。他们有一个特殊的线程用来监视主线程，并监测主线程的阻塞不会超过 400 毫秒。
测试响应性（来自 Viber 关于 NSSpain 的 PPT）
测试响应性（来自Viber关于NSSpain的PPT）
更多信息请参考 PPT原文 (PDF, 7MB)。
https://dl.dropboxusercontent.com/u/3820193/VbierClientUnderTheHood.pdf
使用这个数据来监测耗时太长的调用（400毫秒是一个不错的阈值，你可以读一下 这本书 获取更多信息），然后优化它们或者将其从主线程移出去。
启动时间
下一个需要测量的重要的事情是你的app启动有多快。典型的用户只会在你的app花费 几分钟时间。过长的启动时间会招致失望。
你的app有两种被启动的情况：
冷 启动：你的 app 的进程没有在运行，它现在被操作系统启动。
热 启动：你的 app 被最小化而没有杀死。它是从后台恢复的。
本章节主要讨论冷启动，因为这是更加资源密集的操作。
下图是一个 iOS app 的启动时序。
The Application Startup Phases (from the documentation) 应用启动阶段（来自这篇文档）
1. 测量启动花费的总时间
我们应当测量从 main() 的开头到 applicationDidBecomeActive: 末尾之间花费的时间。
int main(int argc, char * argv[]) {
// Save the initial time for startup
[[StartipTimeMonitor sharedMonitor] appWillStartLoading];
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
- (void)applicationDidBecomeActive:(UIApplication *)application {
// Your code
// We assume that the app is loaded then the main thread become free
// after this callback is finished.
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[[StartipTimeMonitor sharedMonitor] appDidFinishLoading];
});
}
当你引入新特性的时候，确保启动时间不会变得更糟。试着将冷启动时间控制在 1 秒以内。
2. 测量启动时序阶段的时间
通常来说，只知道启动消耗的总时间是不够的。搞清楚启动时序中的哪个阶段拖慢了启动也很重要。
要考虑的最重要的阶段是：
-[AppDelegate application:didFinishLaunchingWithOptions:] — 当启动图（或故事板）显示的时候这个回调被调起。当你的 app从这个方法返回的时候，实际的UI立刻开始加载。
-[UIViewController loadView] — 如果你的app加载一个自定义的 view，这里是 view 初始化的地方。
-[UIViewController viewDidLoad] — view 已经被加载；最终的初始化的时间。
-[AppDelegate applicationDidBecomeActive:]— UI 已经被初始化，但是在这个
回调完成之前UI仍旧被阻塞着。当你的 app 从后台被恢复时，这个方法也会被调用。
如果这些方法中的某些占用了过多的时间，优化它。
3. 测量“压力下”的启动时间
真实世界与典型的测试环境相比有一个重要的不同。
你的 app 在真实世界不是孤立存在的。
用户常常从另一个 app 切换到你的 app。这个“另一个 app”可能非常笨重。因此测量这些情景下的启动时间非常重要，那就是：你的 app 开始启动的同时，另一个笨重的 app 正在切换到后台，并试图保存它的数据。
那样的测试可以发现一些意想不到的结果。先前完全无害的代码，在那种情境下可能会显著地拖慢你的 app。
4. app 已经启动，但仍然不可用
如果你的 app 在已经加载完UI之后并不是立即可用，那么它并没有真正地完成加载。即使 UI 已经加载完毕并且有响应，但仍需要加载一些数据才能准备就绪，把这也算到启动阶段去。
从你的用户那里收集的性能指标
前述的所有测量方法在测试环境都可以使用。这些是必须的，但是并不高效。如果你的 app 很流行，如果你的用户群遍布全球，一些用户的环境可能跟你预期中的相差巨大。
他们可能有不同的：
网络状况；
硬件；
软件（操作系统版本，越狱……）；
设备上的可用空间
其他种种
他们也可能有不同的 app 使用方式。
即使你在实验环境中测试的所有指标都处在安全区间，你仍有可能得到带着抱怨的一星评价（“你的 app 太慢！”）。
对此应该做些什么呢？
定义一套性能指标（或 KPI），并从真实用户那里收集数据。你可以利用几乎任意的分析程序包来做这件事。
下面是你可以从用户那里得到的 KPI 的例子：
总的冷启动时间。
总的热启动时间。
启动阶段的启动时间。
从服务器下载必要数据花费的时间。
主线程阻塞超过400毫秒的次数。
内存警告的次数。
FOOMS 的数量。
UI 阻塞或不可用时操作的长度。
分析程序包将允许你把这些值以及设备类型、国家或网络运营商一起，分散存储到片段中。这些可能会让你洞悉用户遇到了什么样的性能问题，以及如何修复它。
结论
正如你看到的一样，性能度量不仅仅是运行 Instruments.app。还有其它有价值的地方值得考虑。
上述的一些方法实现起来简单快捷，另外一些则要求更多的时间和精力。然而，它们将帮助你监控你的app的性能，找出并解决问题，使你的app用起来更加有趣。
作为开发者，我们也希望对我们辛苦开发的 app 感到自豪。
然而，性能优化是一个棘手的问题。大多数的瓶颈是反直觉的。如果没有合适的度量，找出拖慢 app 的原因是非常困难的。
要优化你的 app 的性能，你应该基于数据做决定。在这篇文章中我将会通过度量你的 app 的不同方面的性能，来展示如何得到这个数据。
我将谈及的方面是：
CPU，GPU，内存以及 app 的能源消耗；
响应性；
启动时间；
从你的用户那里收集的性能指标；
让我们开始吧！
CPU，GPU，内存以及能源消耗
分析你的 app 的第一个任务，是找出过度使用 CPU， GPU 或者内存的低效代码。Apple 有一个很棒的工具 Instruments 来完成这个任务：
有4个主要的方面需要重点考虑：
CPU (“Time Profiler” 工具);
GPU (“Core Animation” 工具);
内存使用 (“Allocations” 工具);
电量使用 (“Energy diagnostics” 工具).
关于使用 Instruments 来分析 app 的最佳信息来源就是 WWDC 视频。
有一些入门的精华：
Learning Instruments;
iOS Performance 1, 2, 3;
Improving You App With Instruments;
Advanced Graphics & Animations for iOS Apps;
Profiling In-Depth;
Cocoa Touch Best Practices;
iOS Performance and Power Optimization with Instruments;
Polishing Your App.
响应性
下一个需要测量的重要的东西是 UI 的响应性。触摸的处理发生在主线程。主线程有耗时操作的时候，你的 app 变得反应迟钝。
即使有些操作并不使用 CPU，它们也可能会占用时间。如果主线程有同步调用，测量这些调用耗费的时间。
要测量这个，你可以使用日志。
CFAbsoluteTime startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
// Your method
NSUInteger milliseconds = (NSUInteger)((CFAbsoluteTimeGetCurrent() — startTime) * 1000);
NSLog(“Done in %lu ms”, milliseconds);
Viber 的开发者描述了另一种方法。他们有一个特殊的线程用来监视主线程，并监测主线程的阻塞不会超过 400 毫秒。
测试响应性（来自 Viber 关于 NSSpain 的 PPT）
测试响应性（来自Viber关于NSSpain的PPT）
更多信息请参考 PPT原文 (PDF, 7MB)。
https://dl.dropboxusercontent.com/u/3820193/VbierClientUnderTheHood.pdf
使用这个数据来监测耗时太长的调用（400毫秒是一个不错的阈值，你可以读一下 这本书 获取更多信息），然后优化它们或者将其从主线程移出去。
启动时间
下一个需要测量的重要的事情是你的app启动有多快。典型的用户只会在你的app花费 几分钟时间。过长的启动时间会招致失望。
你的app有两种被启动的情况：
冷 启动：你的 app 的进程没有在运行，它现在被操作系统启动。
热 启动：你的 app 被最小化而没有杀死。它是从后台恢复的。
本章节主要讨论冷启动，因为这是更加资源密集的操作。
下图是一个 iOS app 的启动时序。
The Application Startup Phases (from the documentation) 应用启动阶段（来自这篇文档）
1. 测量启动花费的总时间
我们应当测量从 main() 的开头到 applicationDidBecomeActive: 末尾之间花费的时间。
int main(int argc, char * argv[]) {
// Save the initial time for startup
[[StartipTimeMonitor sharedMonitor] appWillStartLoading];
@autoreleasepool {
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
- (void)applicationDidBecomeActive:(UIApplication *)application {
// Your code
// We assume that the app is loaded then the main thread become free
// after this callback is finished.
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[[StartipTimeMonitor sharedMonitor] appDidFinishLoading];
});
}
当你引入新特性的时候，确保启动时间不会变得更糟。试着将冷启动时间控制在 1 秒以内。
2. 测量启动时序阶段的时间
通常来说，只知道启动消耗的总时间是不够的。搞清楚启动时序中的哪个阶段拖慢了启动也很重要。
要考虑的最重要的阶段是：
-[AppDelegate application:didFinishLaunchingWithOptions:] — 当启动图（或故事板）显示的时候这个回调被调起。当你的 app从这个方法返回的时候，实际的UI立刻开始加载。
-[UIViewController loadView] — 如果你的app加载一个自定义的 view，这里是 view 初始化的地方。
-[UIViewController viewDidLoad] — view 已经被加载；最终的初始化的时间。
-[AppDelegate applicationDidBecomeActive:]— UI 已经被初始化，但是在这个
回调完成之前UI仍旧被阻塞着。当你的 app 从后台被恢复时，这个方法也会被调用。
如果这些方法中的某些占用了过多的时间，优化它。
3. 测量“压力下”的启动时间
真实世界与典型的测试环境相比有一个重要的不同。
你的 app 在真实世界不是孤立存在的。
用户常常从另一个 app 切换到你的 app。这个“另一个 app”可能非常笨重。因此测量这些情景下的启动时间非常重要，那就是：你的 app 开始启动的同时，另一个笨重的 app 正在切换到后台，并试图保存它的数据。
那样的测试可以发现一些意想不到的结果。先前完全无害的代码，在那种情境下可能会显著地拖慢你的 app。
4. app 已经启动，但仍然不可用
如果你的 app 在已经加载完UI之后并不是立即可用，那么它并没有真正地完成加载。即使 UI 已经加载完毕并且有响应，但仍需要加载一些数据才能准备就绪，把这也算到启动阶段去。
从你的用户那里收集的性能指标
前述的所有测量方法在测试环境都可以使用。这些是必须的，但是并不高效。如果你的 app 很流行，如果你的用户群遍布全球，一些用户的环境可能跟你预期中的相差巨大。
他们可能有不同的：
网络状况；
硬件；
软件（操作系统版本，越狱……）；
设备上的可用空间
其他种种
他们也可能有不同的 app 使用方式。
即使你在实验环境中测试的所有指标都处在安全区间，你仍有可能得到带着抱怨的一星评价（“你的 app 太慢！”）。
对此应该做些什么呢？
定义一套性能指标（或 KPI），并从真实用户那里收集数据。你可以利用几乎任意的分析程序包来做这件事。
下面是你可以从用户那里得到的 KPI 的例子：
总的冷启动时间。
总的热启动时间。
启动阶段的启动时间。
从服务器下载必要数据花费的时间。
主线程阻塞超过400毫秒的次数。
内存警告的次数。
FOOMS 的数量。
UI 阻塞或不可用时操作的长度。
分析程序包将允许你把这些值以及设备类型、国家或网络运营商一起，分散存储到片段中。这些可能会让你洞悉用户遇到了什么样的性能问题，以及如何修复它。
结论
正如你看到的一样，性能度量不仅仅是运行 Instruments.app。还有其它有价值的地方值得考虑。
上述的一些方法实现起来简单快捷，另外一些则要求更多的时间和精力。然而，它们将帮助你监控你的app的性能，找出并解决问题，使你的app用起来更加有趣。
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