iPad app應用開發系列文章之三 －－ iOS的多核編程和記憶體管理

隔上一次寫iPad app開發文章已經是10個月，那篇iPad app開發概述還不錯，曾經成為了google關鍵字“iPad app 開發”搜尋的第一位，可能是大牛們都太忙於賺app store的錢了，留下我這個小蝦來寫文章。這次的文章集中與iOS的多核編程和記憶體管理，為什嗎？因為iPad 2已經是雙核CPU了！雖然iPad 1的應用已經不慢了，但大家完全可以使用蘋果的多核編程架構來寫出更加responsive的應用。

 

多核運算

在iOS中concurrency編程的架構就是GCD(Grand Central Dispatch)， GCD的使用非常簡單。它把任務指派到不同的queue隊列來處理。開發人員把任務代碼裝到一個個block裡面，作業系統把這些任務代碼指派到不同的資源裡去處理，一個簡單的例子來說，為什麼初學者寫tableview的時候，滑動列表時總會很卡，因為很多初學者把圖片裝載放到main thread主線程去執行，例如我們要滑動暢順的話，iOS最快可以1秒內重新整理60次，如何你的一個cell的文字和圖片裝載超過1/60秒的話，自然就會卡。所以一般我們會把圖片裝載這些需要多點時間的移出main thread來處理，對於用GCD來說，就是把圖片載入放到另外一個queue隊列中來非同步執行，當資源準備好了後，放回到main thread中顯示出來。main thread在GCD中就是main queue。

 

建立一個新queue隊列的代碼：

 

 

C代碼  

1. dispatch_queue_t network_queue;  
2.   
3. network_queue = dispatch_queue_create("com.myapp.network", nill);  

 

例如，我們圖片讀取放到network_queue來進行非同步執行

 

 

C代碼  

1. dispatch_async(network_queue, ^{    
2.     UIImage *cellImage = [self loadMyImageFromNetwork:image_url];    
3.     // 將圖片cache到本地    
4.     [self cacheImage:cellImage];    
5.     
6.     .....    
7.         
8. } );  

 

 

dispatch_async的意思就是將任務進行非同步平行處理，不一定需要一個任務處理完後才能處理下一個。以上代碼loadMyImageFromNetwork的意思就是從網路中讀取圖片，這個任務交給network_queue來處理。這樣讀取圖片的時間過長也不會阻塞主線程介面的處理。

 

當我們處理完圖片後，應該更新介面，從queue的概念去設計，就是要將更新介面的代碼放到main queue中去，因為iOS裡面永遠是主線程來重新整理重畫UI。所以代碼應該為，

 

 

C代碼  

1. dispatch_async(network_queue, ^{    
2.     UIImage *cellImage = [self loadMyImageFromNetwork:image_url];    
3.     // 將圖片cache到本地    
4.     [self cacheImage:cellImage];    
5.     
6.    // 回到主線程    
7.    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{    
8.       // 顯示圖片到介面    
9.       [self displayImageToTableView:cellImage];    
10.    }];    
11.         
12. } );  

 

 

dispatch_get_main_queue() 函數就是返回主線程，^{} 封裝的就是任務代碼，這樣嵌套方式就可以從一個隊列queue，跳到另一個queue，就是這麼簡單。

 

我們一般可以把networking有關的代碼放到一個queue，把圖片resize的代碼放到另外一個queue，處理完後更新介面，只需要嵌套跳回到 main queue。這樣加上幾行代碼，你的程式就可以利用到系統多核資源，把具體的調度工作交給了作業系統自己來分配。有了這樣的代碼，不管你的硬體是單核，雙核還是iMac的4核，甚至8核，都可以非常好地平行處理。

 

 

記憶體管理

我一直驚歎iOS和Objective-C記憶體處理能力，例如iPad版本的iWork，Pages應用就是一個記憶體處理技術應用的鬼斧神工之作。想想256M記憶體的iPad，可以帶來如此的華麗的介面同時獲得如此流暢的使用者體驗，真是不簡單。原因就是iOS一直提倡開發人員在有限硬體資源內寫出最佳化的代碼，使用CPU最少，佔用記憶體最小。

 

（以下代碼適用於iOS SDK 4.1, 由於新SDK 4.2對記憶體使用量有新改動，所以可能有不同。。。）

1. 盡量少的UIView層

通常我們喜歡把很多控制項層（UILabel，UIButton，UIView等）一起放到一個大的UIView容器來顯示我們的內容，這個方法一般是可以的，但是如果要經常重新重新整理內容的大地區介面，多數發生在iPad的應用中，這個方法會帶來過多的記憶體使用量和動畫的延遲（比較卡），例如，scrollview的動畫比較卡，又或者，經常收到記憶體警告。其中一個重要原因是每個控制項，特別是透明底的，會多次重新繪製（drawRect）過多。其解決辦法是，盡量將幾個控制項合并到一個層上來顯示，這樣系統會減少系統調用drawRect，從而帶來效能上的提升。

 

很簡單的一個例子，就是iNotes提供手寫功能，使用者可以在iPad螢幕上寫出不同的筆畫，開始的設計是，使用者每寫一划，iNotes就會產生一個新的透明底UIView來保持這個筆畫，使用者寫了10筆，系統就生產了10個UIView，每個view的大小都是整個螢幕的，以便使用者的undo操作。這個方案帶來嚴重的記憶體問題，因為系統將每個層都保持一個bitmap圖，一個像素需要4bit來算，一個層的大小就是 4x1024x768 ~ 3M, 10個層就是 10x3M = 30M，很明顯，iPad很快爆出記憶體警告。

 

這個例子最後的方案是，所有筆畫都畫在同一個層，iNotes可以儲存筆畫的點進行undo操作。這樣的方案就是無論使用者畫多少筆畫，介面重畫需要的資源都是一樣的。

 

2. 顯示最佳尺寸的圖片

很多程式員比較懶，網路上拿下來的圖片，直接就用UIImageView將其顯示給使用者，這樣的後果就是，程式需要一直儲存著大尺寸的圖片到記憶體。解決辦法應該是先將圖片縮小到需要顯示的尺寸，釋放大尺寸圖片的記憶體，然後再顯示到介面給使用者。

 

3. 盡量使用圖片pattern，而不是一張大的圖片

例如，很多介面設計者喜歡在介面上放一個大底圖，但這個底圖是老是佔用著記憶體的，最佳方案是，設計出一個小的pattern圖，然後用這個方案顯示成底圖。

 

C代碼  

1. UIImage *smallImage = [[UIImage alloc] initWithContentsOfFile:path];  
2.   
3. backgroundView.backgroundColor = [UIColor colorWithPatternImage:smallImage];  
4.   
5. [smallImage release];  

 

 

4. 使用完資源後，立即釋放

一般objective-c的習慣是，用完的資源要立即釋放，因為明白什麼時候用完某個資源的是程式員你自己。

例如，我們要讀較大的圖片，把它縮小後，顯示到介面去。當大圖片使用完成後，應該立即釋放。代碼如下：

 

 

C代碼  

1. UIImage *fullscreenImage = [[UIImage alloc] initWithContentOfFile:path];  
2. UIImage *smallImage = [self resizeImage:fullscreenImage];  
3.   
4. [fullscreenImage release];  
5.   
6. imageView.image = smallImage;  
7.   
8. ......  

 

5. 迴圈中大量產生的自動釋放autorelease對象，可以考慮使用autorelease pool封裝

代碼範例：

 

C代碼  

1. for(UIView *subview in bigView.subviews) {  
2.     // 使用autorelease pool自動釋放對象池  
3.     NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];  
4.   
5.     UIImageView *imageView = (UIImageView *)subview;  
6.       
7.     // subview處理代碼  
8.     .......  
9.   
10.     // 銷毀自動釋放對象  
11.     [pool  drain];  
12. }  

 自動釋放對象池把每個迴圈內產生的臨時對象使用完後立即釋放

以上的意見是本人多年來編寫iPad/iPhone程式的經驗，另外iOS4.0的multi-tasking特性發布後，程式可以被調入後台運行，蘋果工程師的意見是，進入後台運行時，你的應用應該釋放掉能釋放的對象，盡量保持在16M左右，這樣別的程式運行時才不容易把你的應用擠掉.

注意: 

　　dispatch_async是多核編程架構調度函數，performSelectorInBackground只是線程調度而已，而且有了GCD以後，蘋果不提倡使用老式的線程調度了，都用queue。dispatch_async可以把block裡面的任務扔到另外一個核了處理，performSelectorInBackground明顯沒有這個功能。