iOS调试和性能优化技巧

WWDC2019-Session-417专门讨论如何利用Metrics来进行性能监控和优化，对于我们开发者显然是一个重大利好。Metrics涵盖了整个App开发的完整流程：

XCTest Metrics (开发和测试阶段)
MetricsKit (内测阶段和线上阶段)
Xcode Metrics Organizer (线上阶段)

对于性能监控和优化这个主题上今年推出的MetricKit聚焦于两个主题：

Battery
Performance

设备耗电情况体现：

CPU Processing(CPU运算)
Location(定位)
Display(显示/屏幕亮度)
Networking(网络服务)
Accessories(外围设备如蓝牙)
Multimedia(多媒体)
Camera(相机)

性能指标体现：

Hangs(主线程卡顿)
Disk(设备IO)
Application Launch(应用启动耗时)
Memory(内存表现)
Custom Intervals(其他)

在使用Xcode -> Debug- > Simulate Metrics Payloads的功能后将会触发一份设备Metric数据到- (void)didReceiveMetricPayloads:(NSArray<MXMetricPayload *> *)payloads监听方法里面。

在学习到利用MXSignpostMetric标记业务流程时候发现我们完全可以通过埋点的方式关注到每个业务流的性能情况。它提供的粒度已经相对较为细致了，更多具体的优化细节应该结合业务利用Xcode+Insturment去分析。

关于MetricKit和Metrics的话题到这里就暂时告一段落，接下来主要是讲一讲在学习到利用埋点标记业务流程后带来的一些调试思路启发。

基本场景概况

性能优化应该是要结合到具体业务具体场景下去讨论才是有意义的。接下来让我们从两个方面（耗电量和性能表现）来分析一个相机滤镜渲染业务的瓶颈/优化点

1920x1080后置摄像头分辨率
依次叠加饱和度/高斯模糊/亮度滤镜到这个链路上

首先我们切到Energy Impact模块中观察耗电量的基本情况。发现其中GPU单元的耗电量影响占93.9%，而CPU单元仅占6.1%。可以预计在这个场景中设备发热和性能损耗将主要是由GPU单元运算引起的，所以之后的性能分析重心应该放在调用GPU相关的代码上。

接下来我们再看一下FPS模块中的GPU单元运行的基本情况，我们已知iOS设备的屏幕刷新率是60fps即理论上GPU运算单元损耗要控制在1 / 60 = 16.75 ms才能够达到这个帧率，而下图中FrameTime中GPU运算花去了22.9ms即意味着这个场景上最多只能达到43fps左右的帧率。

显然这个相机滤镜链业务里面，滤镜脚本所实现的性能表现差强人意。那么要如何确认具体是哪一个滤镜导致的性能瓶颈问题呢？

分离业务边界

在Logging这个主题中Debugging CPU Performance部分发现我们可以通过OSSignPost给业务埋点标记出业务的运行流程。它的基本用法也十分的简单：

# OC版
os_log_t log = os_log_create("Subsystem", "Category");// 全局变量

os_signpost_id_t postId = os_signpost_id_generate(log);
os_signpost_interval_begin(log, postId, "Event", "MoreInfoTag");

dosomething();

os_signpost_interval_end(log, postId, "Event", "MoreInfoTag");

在这个示例中，我所实现的业务流：相机画面输出->饱和度滤镜->高斯模糊滤镜->亮度滤镜->提交视图渲染，接下去通过在三个滤镜渲染前后埋点标记出渲染业务CPU部分的执行顺序。

# Swift版
let filterChainProcessBlock: MetalImageFilterBlock = {(beforeProcess, textureReousrece, filter) in
    struct StaticVar { static var postId = OSSignpostID(log: .metalImage) }
    if beforeProcess {
        StaticVar.postId = OSSignpostID(log: .metalImage)
        os_signpost(.begin, log: .metalImage, name: "Filter", signpostID: StaticVar.postId, "b_%s", NSStringFromClass(filter.classForCoder))
        return;
    }
    os_signpost(.end, log: .metalImage, name: "Filter", signpostID: StaticVar.postId, "e_%s", NSStringFromClass(filter.classForCoder))
}
saturationFilter.chainProcessHandle = filterChainProcessBlock
gaussianFilter.chainProcessHandle = filterChainProcessBlock
luminanceFilter.chainProcessHandle = filterChainProcessBlock