iOS和macOS性能优化：Cocoa、Cocoa Touch、Objective-C和Swift

　　随着应用功能的日益增加，性能问题也逐渐浮出水面，进入我们的视野之中。本书作者Marcel Weiher在性能调优领域有着丰富的经验，在他的带领下，你将会了解如何提升CPU、内存、I/O、图像、Swift等方面的性能，如何在开发过程中定位到性能的瓶颈和问题，他同时还介绍了性能优化的编程技巧和*佳实践，从而帮助你写出更高效、更快速的代码。此外，你还将学习到定位性能问题的工具使用方法以及*佳实践，并跟随示例来学习性能优化。本书适合寻求进阶及所有对性能优化感兴趣的iOS 开发人员阅读。

　　Marcel Weiher是一位在Cocoa技术方向上有超过25年经验的软件工程师和研究员。Marcel的工作一直聚焦在性能优化上，包括在BBC解决不可能的预压榨问题，和在Apple的Mac OS X 性能团队帮助其他Apple工程师提升代码的性能。除了帮助知名公司和新兴公司创建了成功的软件，帮助开发团队，Marcel也会做培训课程，分享博客，在会议上做演讲，贡献开源项目，并开发像Higher Order Messageing这样的新技术。他也致力于开发语言的研究，从1987年开始做Objective-C的实践，最后研究了Objective-Smalltalk。Marcel目前是柏林Microsoft的首席软件工程师，维护已有的软件，并为公司提供咨询顾问。李俊阳（星夜暮晨），Realm 中文翻译，SwiftGG 翻译组核心成员，《Xcode 江湖录》作者之一。沉迷 Swift，自 Swift 发布以来一直在探索和学习 Swift 的开发和使用；热爱开源，多次向 Swift、Realm Cocoa 开源库贡献代码；喜欢独辟蹊径，目前在 App Store 上架了专门为彝族同胞开发的「彝文输入法」，希望通过自己的努力让所有人都能享受科技带来的便利。马超，iOS 开发工程师，目前就职于某金融公司手机炒股部门，SwiftGG 翻译组核心成员。自 Apple 推出 Swift 语言之后开始学习并应用到 iOS 项目开发中，已上架多款应用到 App Store，目前专注于 Server-Side Swift 的开发，正在构思实现一个底层开源库；业余时间喜欢逛技术博客，翻译外文以及和技术大牛交流学习。新浪微博@Ninth_Day。程伟，SwiftGG 翻译组核心成员，曾做过路由器、防火墙等安全硬件产品的 firmware 研发工作，对 iOS 开发也颇有研究，自 Swift 发布以来一直关注着它的发展，并保持有对新技术的热忱。目前就职于某国企负责项目管理工作，业余时间喜欢看书、跑步、烧菜，研究大前端技术栈，希望能通过自己的努力为国内的技术发展添砖加瓦。

1 CPU：原理 ...................................................................................................................... 1

一个简单的例子 ......................................................................................................................... 2

（微）基准的危险 ............................................................................................................. 3

更多整数求和的方式 ....................................................................................................... 4

Swift.................................................................................................................................. 5

其他语言 ........................................................................................................................... 7

混编的力量 ................................................................................................................................ 9

趋势 .......................................................................................................................................... 10

操作成本 .................................................................................................................................. 12

复杂度计算 ............................................................................................................................... 14

总结 .......................................................................................................................................... 16

2 CPU：测量和工具 ......................................................................................................... 17

命令行工具 ............................................................................................................................... 18

top ................................................................................................................................. 18

time ............................................................................................................................... 19

sample ........................................................................................................................... 19

Xcode 测量工具 ........................................................................................................................ 22

Instruments................................................................................................................................ 23

设置和数据收集 ............................................................................................................. 24

性能分析选项 ................................................................................................................. 25

基本分析 ......................................................................................................................... 27

源代码 ............................................................................................................................. 29

数据挖掘I：Focus ......................................................................................................... 31

数据挖掘II：Pruning ..................................................................................................... 34

内部测量 .................................................................................................................................. 35

测试 ................................................................................................................................ 36

dtrace（dynamic tracing，动态跟踪） .................................................................................... 37

职责之外的优化 ....................................................................................................................... 38

总结 .......................................................................................................................................... 39

3 CPU：陷阱和优化技巧 .................................................................................................. 41

数据表示 .................................................................................................................................. 41

基本类型 ......................................................................................................................... 42

字符串 ............................................................................................................................. 45

对象 .......................................................................................................................................... 47

存取器 ............................................................................................................................. 48

公共访问（Public Access） ........................................................................................... 51

对象创建和缓存 ............................................................................................................. 52

可变性和缓存 ................................................................................................................. 53

惰性求值 ......................................................................................................................... 55

缓存注意事项 ................................................................................................................. 55

陷阱：通用（中级）表示 ............................................................................................. 57

数组和批处理 ................................................................................................................. 58

字典 ................................................................................................................................ 60

消息传递 .................................................................................................................................. 63

IMP 缓存 ......................................................................................................................... 65

转发 ................................................................................................................................ 67

均匀性和优化 ................................................................................................................. 69

方法 .......................................................................................................................................... 70

陷阱：CoreFoundation ................................................................................................... 70

多核 .......................................................................................................................................... 71

线程（Thread） .............................................................................................................. 72

工作队列 ......................................................................................................................... 73

有节制地优化 ........................................................................................................................... 74

4 CPU 实战：XML 解析 ................................................................................................... 77

HTML 扫描器 ........................................................................................................................... 78

将回调映射为消息.................................................................................................................... 81

对象 .......................................................................................................................................... 83

对象的高效性能 ....................................................................................................................... 85

性能评估 .................................................................................................................................. 88

调整 .......................................................................................................................................... 91

优化整个组件：MAX .............................................................................................................. 92

MAX 实现 ................................................................................................................................ 94

总结 .......................................................................................................................................... 95

5 内存：原理 .................................................................................................................... 97

内存层次结构 ........................................................................................................................... 97

Mach 虚拟内存 ....................................................................................................................... 103

堆和栈 .................................................................................................................................... 104

栈分配 ........................................................................................................................... 106

使用malloc()进行堆分配 ....................................................................................... 108

资源管理 ................................................................................................................................ 111

垃圾回收 ....................................................................................................................... 111

Foundation 对象所有权 ................................................................................................ 112

跟踪垃圾回收 ............................................................................................................... 113

自动引用计数（Automatic Reference Counting） ...................................................... 114

过程式资源回收 ........................................................................................................... 115

总结 ........................................................................................................................................ 115

6 内存：测量与工具 ....................................................................................................... 117

Xcode 计量表 .......................................................................................................................... 117

命令行工具 ............................................................................................................................. 118

top ............................................................................................................................... 118

heap .............................................................................................................................. 120

leaks 及malloc_debug ......................................................................................... 122

代码内进行内存测量 .............................................................................................................. 123

内存监测工具 ......................................................................................................................... 124

Leaks .............................................................................................................................. 124

Allocations ..................................................................................................................... 125

VM Tracker .................................................................................................................... 132

计数器与性能监测事件 ............................................................................................... 133

总结 ........................................................................................................................................ 134

7 内存：陷阱和优化技巧 ................................................................................................ 137

引用计数 ................................................................................................................................ 137

避免内存泄漏 ............................................................................................................... 139

Foundation 对象和基本类型对比 .......................................................................................... 141

更小的结构 ............................................................................................................................. 143

千禧危机 ....................................................................................................................... 145

压缩 ............................................................................................................................... 145

可清除内存 ................................................................................................................... 146

内存与并发 ............................................................................................................................. 146

架构注意事项 ......................................................................................................................... 147

临时分配与对象缓存 .............................................................................................................. 152

NSCache 与libcache ............................................................................................................... 153

内存映射文件 ......................................................................................................................... 154

madvise ................................................................................................................................ 157

iOS 注意事项 .......................................................................................................................... 158

ARC 优化 ............................................................................................................................... 158

总结 ........................................................................................................................................ 161

8 内存管理实战：FilterStream 架构 ............................................................................... 163

UNIX 管道及过滤器 ............................................................................................................... 163

面向对象的过滤器.................................................................................................................. 165

DescriptionStream .................................................................................................................... 166

消除description 中的无限递归 ........................................................................... 170

数据流层次结构 ..................................................................................................................... 172

总结 ........................................................................................................................................ 173

9 Swift ............................................................................................................................ 175

Apple 所声称的Swift 性能 .................................................................................................... 175

语言特性 ....................................................................................................................... 177

基准代码 ....................................................................................................................... 179

Swift 性能评估 ........................................................................................................................ 180

基本性能特征 ............................................................................................................... 180

集合 ............................................................................................................................... 181

更进一步 ................................................................................................................................ 190

Nginx HTTP 解析器 ..................................................................................................... 190

Freddy JSON 解析器 .................................................................................................... 191

图片处理 ....................................................................................................................... 191

观察 ............................................................................................................................... 192

编译时间 ................................................................................................................................ 193

类型推断 ....................................................................................................................... 193

泛型特化 ....................................................................................................................... 195

全模块优化 ................................................................................................................... 197

控制编译时间 ............................................................................................................... 197

面向优化器编程 ..................................................................................................................... 198

一个足够智能的编译器 .......................................................................................................... 199

优化编译器之死 ........................................................................................................... 201

实用建议 ....................................................................................................................... 203

备用方案 ....................................................................................................................... 204

总结 ........................................................................................................................................ 207

10 I/O：原理 .................................................................................................................. 209

硬件 ........................................................................................................................................ 209

硬盘驱动器 ................................................................................................................... 209

固态硬盘 ....................................................................................................................... 211

网络 ............................................................................................................................... 212

操作系统 ................................................................................................................................ 212

抽象概念：字节流 ....................................................................................................... 212

文件I/O ......................................................................................................................... 214

网络栈 ........................................................................................................................... 218

总结 ........................................................................................................................................ 218

11 I/O：测量与工具 ........................................................................................................ 221

负形空间：top 与time ....................................................................................................... 222

信息概览：iostat 和netstat......................................................................................... 223

Instruments.............................................................................................................................. 224

详细追踪：fs_usage .......................................................................................................... 228

总结 ........................................................................................................................................ 231

12 I/O：陷阱和优化技巧 ................................................................................................ 233

将字节封装为NSData ............................................................................................................ 233

内存映射异常 ............................................................................................................... 235

如何分块 ....................................................................................................................... 237

UNIXy I/O ............................................................................................................................... 238

网络I/O .................................................................................................................................. 240

堆叠传输 ....................................................................................................................... 241

限制请求 ....................................................................................................................... 243

数据处理 ....................................................................................................................... 244

异步I/O ......................................................................................................................... 245

HTTP 服务 .................................................................................................................... 246

序列化 .................................................................................................................................... 250

内存转储 ....................................................................................................................... 251

一个简单的XML 格式 ................................................................................................. 252

属性列表 ....................................................................................................................... 254

归档 ............................................................................................................................... 256

序列化总结 ................................................................................................................... 258

CoreData ................................................................................................................................. 260

批量创建和更新 ........................................................................................................... 261

Fetch 和Fault 技术 ....................................................................................................... 263

对象交互 ....................................................................................................................... 266

子集 ............................................................................................................................... 266

分析 ............................................................................................................................... 267

SQLite ..................................................................................................................................... 267

关系型和其他非数据库 ............................................................................................... 269

事件发布 ................................................................................................................................ 270

混合形式 ....................................................................................................................... 271

隔离存储 ................................................................................................................................ 272

总结 ........................................................................................................................................ 272

13 I/O：实战 .................................................................................................................. 273

iPhone 游戏字典 ..................................................................................................................... 273

有趣的属性列表 ..................................................................................................................... 277

二进制属性列表读取器 ............................................................................................... 278

懒加载 ........................................................................................................................... 282

避免中间代码 ............................................................................................................... 284

逗号分隔值 ............................................................................................................................. 287

公共交通调度数据.................................................................................................................. 289

站点信息 ....................................................................................................................... 290

站点停靠时间检索 ....................................................................................................... 291

站点停靠时间导入 ....................................................................................................... 292

更快的CSV 解析 .................................................................................................................... 294

对象分配 ....................................................................................................................... 294

Push 与Pull 的比较 ...................................................................................................... 296

感兴趣的键 ................................................................................................................... 296

并行 ............................................................................................................................... 296

总结 ........................................................................................................................................ 299

14 图像和UI：原理 ........................................................................................................ 301

响应能力 ................................................................................................................................ 301

软件和API .............................................................................................................................. 302

Quartz 和PostScript 图像模型 ............................................................................................... 305

OpenGL .................................................................................................................................. 307

Metal ....................................................................................................................................... 307

图形硬件加速 ......................................................................................................................... 307

从Quartz 到Core Animation .................................................................................................. 311

总结 ........................................................................................................................................ 314

15 图像和UI：测量和工具 ............................................................................................. 315

CPU 分析仪 ............................................................................................................................. 315

Quartz 调试 .............................................................................................................................. 317

Core Animation 工具 ................................................