5首页加载慢_UIViewController预加载方案浅谈

作者 | hite&＃xff0c;目前在网易严选iOS 组&＃xff0c;主要工作内容 webview 相关&＃xff0c;业余时间会写一些胡思乱想产品策划稿&＃xff0c;各类游戏云玩家。

一. 引子

预加载作为常规性能优化手段&＃xff0c;在所有性能敏感的场景都有使用。不同的场景会有不同的方案。举个例子&＃xff0c;网易邮箱简约邮里&＃xff0c;收件箱列表使用了数据预加载&＃xff0c;首页加载完毕后会加载后一页的分页数据&＃xff0c;在用户继续翻页时&＃xff0c;能极大提升响应速度&＃xff1b;在微信公众号列表&＃xff0c;不仅预加载了多个分页数据&＃xff0c;还加载了某个公众文章的文字部分&＃xff0c;所以当列表加载完毕之后&＃xff0c;你走到了没有网络的电梯里&＃xff0c;依然可以点击某个文字&＃xff0c;阅读文字部分&＃xff0c;图片是空白。

在 iOS 常规的优化方案中&＃xff0c;预加载也是极常见的手段&＃xff0c;多见于&＃xff1a;预加载图片、配置文件、离线包等业务资源。查阅后知&＃xff0c; ASDK 有一套很智能的预加载策略&＃xff1b;

在滚动方向(Leading)上 Fetch Data 区域会是非滚动方向(Trailing)的两倍&＃xff0c;ASDK 会根据滚动方向的变化实时改变缓冲区的位置&＃xff1b;在向下滚动时&＃xff0c;下面的 Fetch Data 区域就是上面的两倍&＃xff0c;向上滚动时&＃xff0c;上面的 Fetch Data 区域就是下面的两倍。

系统层面&＃xff0c;iOS 10 里UIKit还为开发者新增了UITableViewDataSourcePrefetching

&＃64;protocol UITableViewDataSourcePrefetching &＃64;required// indexPaths are ordered ascending by geometric distance from the table view- (void)tableView:(UITableView *)tableView prefetchRowsAtIndexPaths:(NSArray *)indexPaths;&＃64;optional// indexPaths that previously were considered as candidates for pre-fetching, but were not actually used; may be a subset of the previous call to -tableView:prefetchRowsAtIndexPaths:- (void)tableView:(UITableView *)tableView cancelPrefetchingForRowsAtIndexPaths:(NSArray *)indexPaths;&＃64;end

等新的协议来提供UITableView\UICollectionView预加载 data 的能力。

但是对于整个 App 的核心组件 UIViewController却少见预加载的策略。极少数场景是这样的&＃xff1a;整个界面包含多个 UIViewController的层级&＃xff0c;除了显示第一个 UIViewController外 &＃xff0c;预加载其他的 UIViewController。

二. UIViewController 到底能不能预加载&＃xff1f;

在和同事解决严选 App 内“领取津贴”弹窗慢的问题时&＃xff0c;我思考了这个问题&＃xff0c;所以查阅了 Developer Documentation&＃xff0c; 大概有以下的收获&＃xff1b;

1. 在同一个 navigation stack里不能 push 相同的一个UIViewController&＃xff0c;否则会崩溃&＃xff1b;而来自不同 navigation stack的 UIViewController是可以被压入 stack 的&＃xff0c;这也是预加载的关键。

2. 当某个 UIViewController执行了 viewDidLoad()之后&＃xff0c;整个 UIViewController对象已经在内存内。如果我们要使用 VC 时&＃xff0c;可以直接从内存里获取&＃xff0c;将会获得速度提升

3. UIViewController作为 UIWindow和 vc.view中间层&＃xff0c;负责事件分发、响应链&＃xff0c; UIViewController子元素容器&＃xff0c;子元素根据 UIViewController的尺寸 layout

4. UIViewController.view是个懒加载属性&＃xff0c;由 loadView()初始化&＃xff0c;在 viewDidLoad 事件开始时&＃xff0c;就已经完成

5. UIViewController在被添加到 navigation stack后是否会被渲染&＃xff0c;取决于所在的 window 是不是 hidden &＃61; NO&＃xff0c;和在不在屏幕上没有关系

答案&＃xff1a;可以被预加载&＃xff0c;除了本文尝试的多个navigation stack的方式外&＃xff0c; apple 自己在早期推广 storyboard 和 xib 文件模式开发 iOS 应用时&＃xff0c;也抱有相同的意图

三. UIViewController 渲染的流程&＃xff1f;

因为 UIKit 没有开源&＃xff0c;我从 Apple Documents 和 Chameleonproject 的重写源码里试图还原真实的 UIViewController在 UIKit 中的渲染逻辑。以下是我根据自己的理解画的 UIViewController 被添加到 UIWindow 的渲染流程&＃xff0c;肯定有错误和遗漏&＃xff0c;仅供理解本文使用。

图例参考 Safari&＃xff0c;序号后面的图形&＃xff0c;表示本阶段 ViewController 的 view 层级&＃xff0c;认清这些事件&＃xff0c;可以知道哪个阶段做哪些操作是合适的&＃xff1f;

注意&＃xff1a;以上为 iOS 12 里的情况&＃xff0c;在 iOS 13 里&＃xff0c;第 5 序号的 View 比目前 iOS 12 要多两个 View&＃xff0c;UIDropShadowView,UITransitionView。

四. ViewControllerPreRender

在整理出上面的流程结论后&＃xff0c;编写了ViewControllerPreRender&＃xff0c;虽然不到 100 行&＃xff0c;前后却花了一周&＃xff0c;主要是为了解决下面这个 XCode 警告。

"Unbalanced calls to begin/end appearance transitions for 0xa98e050>"

幸好通过多次尝试&＃xff0c;最终解决掉。

代码很短&＃xff0c;全文摘录&＃xff0c;以下以注释的方式详细解读。

//.h 文件&＃64;interface ViewControllerPreRender : NSObject&＃43; (instancetype)defaultRender;- (void)showRenderedViewController:(Class)viewControllerClass completion:(void (^)(UIViewController *vc))block;&＃64;end//.m 文件#import "ViewControllerPreRender.h"&＃64;interface ViewControllerPreRender ()&＃64;property (nonatomic, strong) UIWindow *windowNO2;/**
 已经被渲染过后的 ViewController&＃xff0c;池子,在必要时候 purge 掉
 */&＃64;property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *renderedViewControllers;&＃64;endstatic ViewControllerPreRender *_myRender &＃61; nil;&＃64;implementation ViewControllerPreRender&＃43; (instancetype)defaultRender{    static dispatch_once_t onceToken;    dispatch_once(&onceToken, ^{        _myRender &＃61; [ViewControllerPreRender new];        _myRender.renderedViewControllers &＃61; [NSMutableDictionary dictionaryWithCapacity:3];        // 增加一个监听&＃xff0c;当内存紧张时&＃xff0c;丢弃这些预加载的对象不会造成功能错误&＃xff0c;        // 这样也要求 UIViewController 的 dealloc 都能正确处理资源释放        [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:_myRender                                                 selector:&＃64;selector(dealMemoryWarnings:)                                                     name:UIApplicationDidReceiveMemoryWarningNotification                                                   object:nil];    });    return _myRender;}/**
 内部方法&＃xff0c;用来产生可用的 ViewController&＃xff0c;如果第一次使用。
 直接返回全新创建的对象&＃xff0c;同时也预热一个相同类的对象&＃xff0c;供下次使用。
 支持预热多个 ViewController&＃xff0c;但是不易过多&＃xff0c;容易引起内存紧张
 &＃64;param viewControllerClass UIViewController 子类
 &＃64;return UIViewControllerd 实例
 */- (UIViewController *)getRendered:(Class)viewControllerClass{    if (_windowNO2 &＃61;&＃61; nil) {        CGRect full &＃61; [UIScreen mainScreen].bounds;        // 对于 no2 的尺寸多少为合适。我自己做了下实验        // 这里设置的尺寸会影响被缓存的 VC 实例的尺寸。但在预热好的 VC 被添加到当前工作的 navigation stack 时&＃xff0c;它的 View 的尺寸是正确的和 no2 的尺寸无关。        // 同样的&＃xff0c;在被添加到 navigation stack 时&＃xff0c;会触发 viewLayoutMarginsDidChange 事件。        // 而且对于内存而言&＃xff0c;尺寸越小内存占用越少&＃xff0c;理论上 (1&＃xff0c;1&＃xff0c;1&＃xff0c;1) 的 no2 有能达到预热 VC 的效果。        // 但是有些 view 不是被 presented 或者 pushed&＃xff0c;而是作为子 ViewController 的子 view 来渲染界面的。这需要 view 有正确的尺寸。        // 所以这里预先设置将来真正展示时的尺寸&＃xff0c;减少 resize、和作为子 ViewController 使用时出错&＃xff0c;在本 demo 中&＃xff0c;默认大部分的尺寸是全屏。        UIWindow *no2 &＃61; [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectOffset(full, CGRectGetWidth(full), 0)];        UINavigationController *nav &＃61; [[UINavigationController alloc] initWithRootViewController:[UIViewController new]];        no2.rootViewController &＃61; nav;        no2.hidden &＃61; NO;// 必须是显示的 window&＃xff0c;才会触发预热 ViewController&＃xff0c;隐藏的 window 不可用。但是和是否在屏幕可见没关系        no2.windowLevel &＃61; UIWindowLevelStatusBar &＃43; 14;        _windowNO2&＃61; no2;    }    NSString *key &＃61; NSStringFromClass(viewControllerClass);    UIViewController *vc &＃61; [self.renderedViewControllers objectForKey:key];    if (vc &＃61;&＃61; nil) { // 下次使用缓存        vc &＃61; [viewControllerClass new];        // 解决 Unbalanced calls to begin/end appearance transitions for  关键点        // 1. 使用 UINavigationController  作为 no2 的 rootViewController        // 2. 如果使用 UIViewController 作为 no2 的 rootViewController&＃xff0c;始终有 Unbalanced calls 的错误        // 虽然是编译器警告&＃xff0c;实际上 Unbalanced calls  会影响被缓存的 vc&＃xff0c; 当它被添加到当前活动的 UINavigation stack 时&＃xff0c;它的生命周期是错误的        // 所以这个警告必须解决。        UINavigationController *nav &＃61; (UINavigationController *)_windowNO2.rootViewController;        [nav pushViewController:vc animated:NO];        [self.renderedViewControllers setObject:vc forKey:key];        //        return [viewControllerClass new];    }  else { // 本次使用缓存&＃xff0c;同时储备下次        // 必须是先设置 no2 的新 rootViewController&＃xff0c;之后再复用从缓存中拿到的 viewControllerClass。否则会奔溃        UINavigationController *nav &＃61; (UINavigationController *)_windowNO2.rootViewController;        [nav popViewControllerAnimated:NO];        UIViewController *fresh &＃61; [viewControllerClass new];        [nav pushViewController:fresh animated:NO];        // 在 setObject to renderedViewControllers 字典时&＃xff0c;保证被渲染过        [self.renderedViewControllers setObject:fresh forKey:key];        return vc;    }}/**
 主方法。传入一个 UIViewController 的 class 对象&＃xff0c;在调用的 block 中同步的返回一个预先被渲染的 ViewController
 &＃64;param viewControllerClass  必须是 UIViewController 的 Class 对象
 &＃64;param block 业务逻辑回调
 */- (void)showRenderedViewController:(Class)viewControllerClass completion:(void (^)(UIViewController *vc))block{    // CATransaction 为了避免一个 push 动画和另外一个 push 动画同时进行的问题。    [CATransaction begin];    UIViewController *vc1 &＃61; [self getRendered:viewControllerClass];    // 这里包含一个陷阱—— 必须先渲染将要被 cached 的 ViewController&＃xff0c;然后再执行真实的 block    // 理想情况&＃xff0c;应该是先执行 block&＃xff0c;然后执行 cache ViewController&＃xff0c;因为 block 更重要些。暂时没想到方法    [CATransaction setCompletionBlock:^{        block(vc1);    }];    [CATransaction commit];}- (void)dealMemoryWarnings:(id)notif{    NSLog(&＃64;"release memory pressure");    [self.renderedViewControllers removeAllObjects];}&＃64;end

五. 性能提升如何&＃xff1f;

以 native 体验中通常体验最差的 webview 为例&＃xff0c; 目标是严选商城的 h5 &＃xff0c;http://m.you.163.com&＃xff0c;分别以传统的&＃xff0c;每次都新创建 ViewController的方式&＃xff1b;第二次之后使用预热的 ViewController加载严选首页两种方式测试&＃xff0c;保持 ViewController内部逻辑相同&＃xff0c;详见 demo 工程里注释。

测试方案&＃xff1a;模拟器&＃xff0c;每种方式测试时都重启&＃xff0c;各测试了 20 次左右&＃xff0c;统计表格如下&＃xff0c;navigationStart 作为网络加载时间的开始标志&＃xff0c;以 document.onload 作为页面加载完毕的标志&＃xff1b;

1) 传统方式

2) 使用预加载方式

从测试数据可见&＃xff0c;使用预加载的方式显著的提升了 navigationStart的性能&＃xff0c;443 ms减少到 56 ms&＃xff0c;相应的 document.onload事件也提前&＃xff0c;2357到 2067。
相比之下&＃xff0c;预加载方式提前 400ms 发送网络请求(但是完成加载耗时只少 300ms&＃xff0c;猜测是 CPU 资源调度问题)。以上数据只作为性能提升参考&＃xff0c;对于加载 WebView 的 VC 而言&＃xff0c;预初始化 WebView 以及其他元素&＃xff0c;可以提高加载 h5 页面的速度。

六. 原因探析

对 ViewControllerPrerender的逻辑分析解释为什么会有提速&＃xff0c;在使用ViewControllerPreRender时&＃xff0c;需要特别留意什么地方&＃xff0c;以免掉入误区。

根据 preRender 的原理&＃xff0c;我大概画了图例来解释。

上半部分&＃xff0c;所有阶段是线性的&＃xff1b;下半部分&＃xff0c;可以做到并行&＃xff0c;尤其是第三个 VC 的显示&＃xff0c;将异步加载数据也放到并行逻辑了&＃xff0c;这对有性能瓶颈的界面优化不失为一种方式

总结&＃xff1a;预加载利用了并行这一传统性能优化技术&＃xff0c;同时对 ViewController 的生命周期也提出更高的要求&＃xff0c;譬如&＃xff1a;

1. 被预热的 ViewController&＃xff0c;需要划分职责&＃xff0c;在viewDidLoad里搭建框架&＃xff0c;&＃xff0c;而在另一个单独的接口如本 demo 里的setUrl用来使用业务数据渲染页面。

2. 被预加载的 ViewController 的viewDidLoad不宜占用太多主线程资源&＃xff0c;避免对当前界面打开产生负面影响。

七. preRender 适宜的场景

在 App 性能问题中&＃xff0c; native 自己的 ViewController性能表现并不是瓶颈&＃xff0c;所以目前业界对 UIViewController 的预加载并没有太多可参考的案例&＃xff0c;不过对于某些场景优化还是有指导意义。在本文开始时提到的严选商品详情页里领取津贴是弹窗&＃xff0c;常规情况下弹出是比较慢的&＃xff0c;经过讨论后&＃xff0c;我们决定对津贴弹窗做两个优化

1. 在弹窗出现时使用缩放动画&＃xff0c;h5 加载也使用 loading

2. 使用预加载弹窗的 ViewController。

从测试数据来看&＃xff0c;从点击到最后加载完毕&＃xff0c;大概节省了 300 ms&＃xff0c;还需要进一步考虑 h5 的页面优化。

题外话&＃xff0c;App 作为严选用户体验的重要载体&＃xff0c;App 性能是极其重要一环。我们对弹窗的体验做了少许优化。

在严选里弹窗有两种&＃xff0c;一种是被动弹窗&＃xff0c;比方说从后台数据返回中&＃xff0c;得知有弹窗需要显示&＃xff0c;native 根据全局弹窗排序&＃xff0c;决定显示那个——当后台数据返回指定的 url 被加载完毕之后&＃xff0c;才弹出遮罩&＃xff0c;显示被加载好的 url&＃xff1b;如果 url 加载失败&＃xff0c;就不会弹出弹窗。
而对于用户主动弹出的弹窗&＃xff0c;如用户在详情页点击 cell&＃xff0c;弹出领取津贴&＃xff0c;我们分 native 加速(使用预加载)和 h5 加速两部分。

另外比较适合 preRender 的地方如&＃xff0c;

1. 我的订单界面&＃xff0c;当用户某个订单有商家已发货未收货时&＃xff0c;根据行为统计&＃xff0c;用户大概率会打开第一条已发货的订单去查看当前物流(物流数据来自第三方&＃xff0c;响应速度没有保证)&＃xff0c;所以在进入我的订单时&＃xff0c;可以预先加载一个查看最新未完成订单的物流的 ViewController。

2. 用户在详情页面&＃xff0c;点击了我好评率&＃xff0c;那么大概率&＃xff0c;用户还会打开用户晒单的视频和图片。这时候可以预加载一个视频播放器和图片浏览器&＃xff0c;提供用户的响应速度等。

对于大部分功能也能而言&＃xff0c; prefetch 并不是必选项&＃xff0c;还需要根据自身的业务来决定使用可以 prefetch 的思想解决 App 体验的瓶颈问题&＃xff0c;不要随意使用 ViewControllerPrefetch&＃xff0c;增加额外复杂度。

八. xib 和 storyboard 带来的启示

当我接触 iOS 开发时&＃xff0c;已经到了 iOS 推销 storyboard 开发方式失败的时候&＃xff0c;大部分可需要持续迭代的 App&＃xff0c;其实不适合用 xib 和 storyboard 来开发&＃xff0c;它的可视化带来的好处相比项目协作迭代里遇到的 diff 困难、复用困难、启动慢等坏处&＃xff0c;不值一提。

时至今日&＃xff0c;当我思考预加载方式在 viewDidiLoad里还要多少操作空间时&＃xff0c;我发现 xib 和 storyboard 在被苹果推广时没有被提到它预加载的优点&＃xff0c;一直没有引起重视。

相同的 ViewController 使用的 xib 和 storyboard 文件被 init 为 实例之后&＃xff0c;后续相同的ViewController 都会来 copy 被初始化好的 storyboard 来构建界面。开发人员创建完 xib 和 storyboard&＃xff0c;需要持久化为文件&＃xff0c;使用 initWithCoder&＃xff1a;方法实现序列化&＃xff0c;打开 xib 和 storyboard 时&＃xff0c;先从文件反序列化解析得到 xml 文件&＃xff0c;然后用 xml 文件绘制 interface builder。它的底层机制决定了它在开发启动、App 启动时会有性能损耗&＃xff0c;不过也为我们做了一个例子—— 如何预加载 View 片段乃至 ViewController 本身。以 storyboard 为例&＃xff0c;你可以在 storyboard 里做以下操作&＃xff1b;

1. 绘制 ViewController 的 view 层次&＃xff0c;特别的&＃xff0c;会首先限制 storyboard 里绘制的静态数据

2. 添加 view 之间的约束

3. 转场(segue)和按钮动作跳转

而最终的用户界面需要等待网络返回真实数据后重新渲染&＃xff0c;在此期间&＃xff0c;显示静态的等待界面。所以在需要被缓存的 UIViewController需要可以安全的编写 UI、事件和转场等逻辑&＃xff0c;将动态部分(网络请求)的发起逻辑写在转场结束之后。

九. 补记

1. Unbalanced calls to begin/end appearance transitions for 

   &＃xff0c;这个警告必须解决&＃xff0c;否则会导致被缓存的 ViewController 被添加到活动 stack 时&＃xff0c;生命周期紊乱导致一些依赖生命周期执行的逻辑失效&＃xff0c;如电商行业里很看重的曝光统计数据不正确

2. Demo 工程里已经有 calc.rb 可以直接将从 console 里拿到的数据实现为报表&＃xff0c;方便你测试自己的页面性能加载提升对比。

参考

[1]预加载与智能预加载(iOS)https://draveness.me/preload
[2]iOS性能优化系列篇之“列表流畅度优化” https://juejin.im/post/5b72aaf46fb9a009764bbb6a
[3]UIWindow 源码 of Chameleon https://github.com/BigZaphod/Chameleon/blob/master/UIKit/Classes/UIWindow.m
[4]https://developer.apple.com/documentation/uikit/uiviewcontroller?language&＃61;objc https://developer.apple.com/documentation/uikit/uiviewcontroller?language&＃61;objc
[5]Sharing the Same UIViewController as the rootViewController with Two UINavigationControllers https://stackoverflow.com/questions/9710676/sharing-the-same-uiviewcontroller-as-the-rootviewcontroller-with-two-uinavigatio
[6]Storyboards vs. the old XIB way https://stackoverflow.com/questions/13834999/storyboards-vs-the-old-xib-way
[7]Unbalanced calls to begin/end appearance transitions for https://stackoverflow.com/questions/14412890/unbalanced-calls-to-begin-end-appearance-transitions-for-uinavigationcontroller
[8]ViewControllerPreRender https://github.com/hite/ViewControllerPreRender

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