Instruments的使用

Instruments时一个很灵活的、强大的工具,是性能分析、动态跟踪和分析OSX以及iOS代码的测试工具。使用它可以极为方便地收集一个或者多个系统进程的性能和行为的数据,并能及时跟随时间产生的数据,而且可以检查所搜集的数据,还可以广泛收集不同类型的数据。此外,还可以追踪程序运行的过程,这样Instruments就可以帮助我们了解用户的应用程序和操作系统的行为。下面通过Instruments提供的工具分别从CPU占用、内存分配以及内存泄漏等方面进行分析。

一、Debug Navigator

在介绍Instruments工具之前,先看Xcode中左侧的选项,其中有一个Show the Debug navigator,选中它,会显示当前调试的这个App的CPU占用情况、内存占用情况(Memory)、电量消耗情况(Energey Impact)、硬盘I/O占用情况(Disk)、网速I/O的占用(Network)、界面刷新频率(FPS)。


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点开每个维度都会有具体的实时数据和一个随着时间变化的动态时间线图。

二、Time Profiler

Time Profiler工具是用来分析方法的执行时间的,它可以找出哪些方法以及哪些线程执行的时间比较长,一般用作性能分析的工具。
使用这个工具时,有一点需要注意,即测试的APP一定要运行在真机设备上,因为模拟器运行在Mac电脑上,而电脑的CPU运行速度要比iOS设备的快,相反,Mac上的GPU和iOS设备的完全不一样,模拟器不得已要在软件层面(CPU)模拟设备的GPU,这意味着GPU相关的操作在模拟器上运行的更慢。
在Xcode中的左上方Run的地方长击,然后在弹出的菜单中选择Profile,Xcode会编译程序并启动Instruments,然后在Instruments界面中选择Time Profiler工具。在进入Time Profiler界面之后点击左上角的Recording来启动应用。待应用启动之后,在Call Tree中的工具已经默认选择了Separate by Thread选项,这个选项的意思是回按照各个线程来显示CPU的占用情况。我们可以选择Invert Call Tree选项,这个选项的意义是可以直接看到方法调用路径最深的方法CPU的占用情况;我们还会选择Hide System Libraries选项,这个选项的意义是隐藏掉系统代码的耗时,因为一般情况下我们仅关心自己的业务代码的CPU耗时,所以勾选这个选项非常有利于分析业务代码的CPU消耗。


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Time Profiler工具可以用来检测系统的性能瓶颈,根据线程以及方法的耗时情况,开发人员可以合理优化自己的App,提升用户体验。但是一定要注意的是,优化代码是在代码运行正确的基础之上的,所以一定要对修改代码的影响部分进行充分测试。

三、Allocations

管理内存是App开发中最重要的一个方面,相较于电脑,移动设备内存是更紧缺的资源,在iOS开发中,开发者通常使用Instruments里的Allocations工具来定位和找出内存使用的方式,比如可以通过改进程序和算法来实现。
打开Allocations界面,运行应用程序,然后选择Generrations快照工具。在进入一个界面之前,可以做一个快照(点击Mark Generations按钮),然后进入之后,再做一个快照,最后退出这个界面,并做一个快照


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在上图中,可以看到有好几个快照,可以点击每一行使其展开,这样就可以看到这个快照增长的内存有哪些。
当然内存占用较大也不是坏事,这就是所谓的空间和时间的置换问题,对于每一个App,应该根据自己的场景来合理使用内存。总之,App占用内存不是越小越好,而是应合理为好。

四、Leaks

内存泄漏(Memory Leak)是指程序在申请内存之后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄漏危害可以忽略,但是内存泄漏堆积后果是很严重的,最终会造成内存溢出,致使整个程序崩溃。
内存泄漏一般分为以下四种情况。

(1)常发性内存泄漏

发布内存泄漏的代码会被多次执行到,每次被执行的时候都会导致一块内存泄漏。

(2)偶发性内存泄漏

发生内存泄漏的代码只有在某些特定环境或操作下才会发生。常发性和偶发性是相对的。对于特定的环境,偶发性的也许就变成了常发性的。所以测试环境和测试方法对检测内存泄漏至关重要。

(3)一次性内存泄漏

发生内存泄漏的代码只会被执行一次,或者由于算法上的缺陷,会导致有一块且仅有一块内存发生泄漏。比如在类的构造方法中分配内存,在析构函数中却没有释放该内存,所以内存泄漏只会发生一次。

(4)隐式内存泄漏

程序在运行过程中不停的分配内存,但是直到结束的时候才释放内存。严格来说,这里并没有发生内存泄漏,因为最终程序释放了所有申请的内存。但是对一个服务器程序,需要运行几天、几周、甚至几个月,不及时释放内存也可能导致最终耗尽系统的所有内存。所以,我们称这类内存泄漏为隐式内存泄漏。

从用户使用程序的角度来看,内存泄漏本身不会产生什么危害,作为一般用户,根本感觉不到内存泄漏的存在。真正有危害的是内存泄漏的堆积,这会消耗尽系统所有的内存。从这个角度来说,一次性内存泄漏并没有什么危害,因为它不会堆积,而隐式内存泄漏危害则非常大,因为较之于常发性内存泄漏和偶发性内存泄漏,它更难被检测到。


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上面那一行是内存和匿名虚拟内存的占用情况,下面这一行是泄漏的检查,工具默认每10s检查一次,若这里看到的都是对号,则代表没有任何内存泄漏,证明这个App运行良好,如果出现了错号,则发生了内存泄漏。
点击每个内存泄漏,右侧就会显示它的调用堆栈。


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