在第13章“高效繪圖”中，我們研究了和Core Graphics繪圖相關(guān)的性能問題，以及如何修復(fù)。和繪圖性能相關(guān)緊密相關(guān)的是圖像性能。在這一章中，我們將研究如何優(yōu)化從閃存驅(qū)動(dòng)器或者網(wǎng)絡(luò)中加載和顯示圖片。
加載和潛伏
繪圖實(shí)際消耗的時(shí)間通常并不是影響性能的因素。圖片消耗很大一部分內(nèi)存，而且不太可能把需要顯示的圖片都保留在內(nèi)存中，所以需要在應(yīng)用運(yùn)行的時(shí)候周期性地加載和卸載圖片。
圖片文件加載的速度被CPU和IO（輸入/輸出）同時(shí)影響。iOS設(shè)備中的閃存已經(jīng)比傳統(tǒng)硬盤快很多了，但仍然比RAM慢將近200倍左右，這就需要很小心地管理加載，來避免延遲。
只要有可能，試著在程序生命周期不易察覺的時(shí)候來加載圖片，例如啟動(dòng)，或者在屏幕切換的過程中。按下按鈕和按鈕響應(yīng)事件之間最大的延遲大概是200ms，這比動(dòng)畫每一幀切換的16ms小得多。你可以在程序首次啟動(dòng)的時(shí)候加載圖片，但是如果20秒內(nèi)無法啟動(dòng)程序的話，iOS檢測計(jì)時(shí)器就會(huì)終止你的應(yīng)用（而且如果啟動(dòng)大于2，3秒的話用戶就會(huì)抱怨了）。
有些時(shí)候，提前加載所有的東西并不明智。比如說包含上千張圖片的圖片傳送帶：用戶希望能夠能夠平滑快速翻動(dòng)圖片，所以就不可能提前預(yù)加載所有圖片；那樣會(huì)消耗太多的時(shí)間和內(nèi)存。
有時(shí)候圖片也需要從遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接中下載，這將會(huì)比從磁盤加載要消耗更多的時(shí)間，甚至可能由于連接問題而加載失?。ㄔ趲酌腌妵L試之后）。你不能夠在主線程中加載網(wǎng)絡(luò)造成等待，所以需要后臺(tái)線程。
線程加載
在第12章“性能調(diào)優(yōu)”我們的聯(lián)系人列表例子中，圖片都非常小，所以可以在主線程同步加載。但是對(duì)于大圖來說，這樣做就不太合適了，因?yàn)榧虞d會(huì)消耗很長時(shí)間，造成滑動(dòng)的不流暢。滑動(dòng)動(dòng)畫會(huì)在主線程的run
loop中更新，所以會(huì)有更多運(yùn)行在渲染服務(wù)進(jìn)程中CPU相關(guān)的性能問題。
清單14.1顯示了一個(gè)通過UICollectionView實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)的圖片傳送器。圖片在主線程中-collectionView:cellForItemAtIndexPath:方法中同步加載（見圖14.1）。
清單14.1 使用UICollectionView實(shí)現(xiàn)的圖片傳送器
#import"ViewController.h"
@interfaceViewController() @property(nonatomic,copy)NSArray*imagePaths;
@property(nonatomic,weak)IBOutletUICollectionView *collectionView;
@end
@implementationViewController
- (void)viewDidLoad{
//set up data
self.imagePaths=?? [[NSBundlemainBundle]pathsForResourcesOfType:@"png"inDirectory:@"Vacation Photos"];
//register cell class[self.collectionViewregisterClass:[UICollectionViewCellclass]forCellWithReuseIdentifier:@"Cell"];
}- (NSInteger)collectionView:(UICollectionView *)collectionViewnumberOfItemsInSection:(NSInteger)section{
return[self.imagePathscount];
}
- (UICollectionViewCell *)collectionView:(UICollectionView *)collectionViewcellForItemAtIndexPath:(NSIndexPath*)indexPath{
//dequeue cellUICollectionViewCell *cell = [collectionViewdequeueReusableCellWithReuseIdentifier:@"Cell"forIndexPath:indexPath];
//add image viewconstNSInteger imageTag =99;??
UIImageView *imageView = (UIImageView *)[cellviewWithTag:imageTag];
if(!imageView) {? ? ??
imageView = [[UIImageViewalloc]initWithFrame:cell.contentView.bounds];??
? ? imageView.tag= imageTag;? ?
? ? [cell.contentViewaddSubview:imageView];?
? }
//set imageNSString*imagePath = self.imagePaths[indexPath.row];
? imageView.image= [UIImageimageWithContentsOfFile:imagePath];
returncell;
}
@end
傳送器中的圖片尺寸為800x600像素的PNG，對(duì)iPhone5來說，1/60秒要加載大概700KB左右的圖片。當(dāng)傳送器滾動(dòng)的時(shí)候，圖片也在實(shí)時(shí)加載，于是（預(yù)期中的）卡動(dòng)就發(fā)生了。時(shí)間分析工具（圖14.2）顯示了很多時(shí)間都消耗在了UIImage的+imageWithContentsOfFile:方法中了。很明顯，圖片加載造成了瓶頸。
這里提升性能唯一的方式就是在另一個(gè)線程中加載圖片。這并不能夠降低實(shí)際的加載時(shí)間（可能情況會(huì)更糟，因?yàn)橄到y(tǒng)可能要消耗CPU時(shí)間來處理加載的圖片數(shù)據(jù)），但是主線程能夠有時(shí)間做一些別的事情，比如響應(yīng)用戶輸入，以及滑動(dòng)動(dòng)畫。
為了在后臺(tái)線程加載圖片，我們可以使用GCD或者NSOperationQueue創(chuàng)建自定義線程，或者使用CATiledLayer。為了從遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)加載圖片，我們可以使用異步的NSURLConnection，但是對(duì)本地存儲(chǔ)的圖片，并不十分有效。
GCD和NSOperationQueue
GCD（Grand Central Dispatch）和NSOperationQueue很類似，都給我們提供了隊(duì)列閉包塊來在線程中按一定順序來執(zhí)行。NSOperationQueue有一個(gè)Objecive-C接口（而不是使用GCD的全局C函數(shù)），同樣在操作優(yōu)先級(jí)和依賴關(guān)系上提供了很好的粒度控制，但是需要更多地設(shè)置代碼。
清單14.2顯示了在低優(yōu)先級(jí)的后臺(tái)隊(duì)列而不是主線程使用GCD加載圖片的-collectionView:cellForItemAtIndexPath:方法，然后當(dāng)需要加載圖片到視圖的時(shí)候切換到主線程，因?yàn)樵诤笈_(tái)線程訪問視圖會(huì)有安全隱患。
由于視圖在UICollectionView會(huì)被循環(huán)利用，我們加載圖片的時(shí)候不能確定是否被不同的索引重新復(fù)用。為了避免圖片加載到錯(cuò)誤的視圖中，我們?cè)诩虞d前把單元格打上索引的標(biāo)簽，然后在設(shè)置圖片的時(shí)候檢測標(biāo)簽是否發(fā)生了改變。
清單14.2 使用GCD加載傳送圖片
- (UICollectionViewCell *)collectionView:(UICollectionView *)collectionView? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cellForItemAtIndexPath:(NSIndexPath*)indexPath{
//dequeue cellUICollectionViewCell *cell = [collectionViewdequeueReusableCellWithReuseIdentifier:@"Cell"forIndexPath:indexPath];//add image viewconstNSInteger imageTag =99;??
UIImageView *imageView = (UIImageView *)[cellviewWithTag:imageTag];
if(!imageView)
{? ? ? ? imageView = [[UIImageViewalloc]initWithFrame:cell.contentView.bounds];? ? ? ? imageView.tag= imageTag;? ? ?
? [cell.contentViewaddSubview:imageView];
? }//tag cell with index and clear current image
cell.tag= indexPath.row;??
imageView.image=nil;//switch to background thread
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,0), ^{
//load imageNSIntegerindex= indexPath.row;NSString*imagePath = self.imagePaths[index];? ??
? UIImage *image = [UIImageimageWithContentsOfFile:imagePath];
//set image on main thread, but only if index still matches up
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{if(index== cell.tag) {? ? ? ? ? ? ? ? imageView.image= image; }? ? ??
});? ? });
returncell;
}
當(dāng)運(yùn)行更新后的版本，性能比之前不用線程的版本好多了，但仍然并不完美（圖14.3）。
我們可以看到+imageWithContentsOfFile:方法并不在CPU時(shí)間軌跡的最頂部，所以我們的確修復(fù)了延遲加載的問題。問題在于我們假設(shè)傳送器的性能瓶頸在于圖片文件的加載，但實(shí)際上并不是這樣。加載圖片數(shù)據(jù)到內(nèi)存中只是問題的第一部分。
延遲解壓
一旦圖片文件被加載就必須要進(jìn)行解碼，解碼過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)，需要消耗非常長的時(shí)間。解碼后的圖片將同樣使用相當(dāng)大的內(nèi)存。
用于加載的CPU時(shí)間相對(duì)于解碼來說根據(jù)圖片格式而不同。對(duì)于PNG圖片來說，加載會(huì)比JPEG更長，因?yàn)槲募赡芨?，但是解碼會(huì)相對(duì)較快，而且Xcode會(huì)把PNG圖片進(jìn)行解碼優(yōu)化之后引入工程。JPEG圖片更小，加載更快，但是解壓的步驟要消耗更長的時(shí)間，因?yàn)镴PEG解壓算法比基于zip的PNG算法更加復(fù)雜。
當(dāng)加載圖片的時(shí)候，iOS通常會(huì)延遲解壓圖片的時(shí)間，直到加載到內(nèi)存之后。這就會(huì)在準(zhǔn)備繪制圖片的時(shí)候影響性能，因?yàn)樾枰诶L制之前進(jìn)行解壓（通常是消耗時(shí)間的問題所在）。
最簡單的方法就是使用UIImage的+imageNamed:方法避免延時(shí)加載。不像+imageWithContentsOfFile:（和其他別的UIImage加載方法），這個(gè)方法會(huì)在加載圖片之后立刻進(jìn)行解壓（就和本章之前我們談到的好處一樣）。問題在于+imageNamed:只對(duì)從應(yīng)用資源束中的圖片有效，所以對(duì)用戶生成的圖片內(nèi)容或者是下載的圖片就沒法使用了。
另一種立刻加載圖片的方法就是把它設(shè)置成圖層內(nèi)容，或者是UIImageView的image屬性。不幸的是，這又需要在主線程執(zhí)行，所以不會(huì)對(duì)性能有所提升。
第三種方式就是繞過UIKit，像下面這樣使用ImageIO框架：
NSInteger index = indexPath.row;
NSURL*imageURL = [NSURLfileURLWithPath:self.imagePaths[index]];
NSDictionary*options = @{(__bridgeid)kCGImageSourceShouldCache: @YES};
CGImageSourceRef source = CGImageSourceCreateWithURL((__bridgeCFURLRef)imageURL,NULL);CGImageRef imageRef = CGImageSourceCreateImageAtIndex(source,0,(__bridgeCFDictionaryRef)options);
UIImage *image = [UIImageimageWithCGImage:imageRef];
CGImageRelease(imageRef);CFRelease(source);
這樣就可以使用kCGImageSourceShouldCache來創(chuàng)建圖片，強(qiáng)制圖片立刻解壓，然后在圖片的生命周期保留解壓后的版本。
最后一種方式就是使用UIKit加載圖片，但是立刻會(huì)知道CGContext中去。圖片必須要在繪制之前解壓，所以就強(qiáng)制了解壓的及時(shí)性。這樣的好處在于繪制圖片可以再后臺(tái)線程（例如加載本身）執(zhí)行，而不會(huì)阻塞UI。
有兩種方式可以為強(qiáng)制解壓提前渲染圖片：
將圖片的一個(gè)像素繪制成一個(gè)像素大小的CGContext。這樣仍然會(huì)解壓整張圖片，但是繪制本身并沒有消耗任何時(shí)間。這樣的好處在于加載的圖片并不會(huì)在特定的設(shè)備上為繪制做優(yōu)化，所以可以在任何時(shí)間點(diǎn)繪制出來。同樣iOS也就可以丟棄解壓后的圖片來節(jié)省內(nèi)存了。
將整張圖片繪制到CGContext中，丟棄原始的圖片，并且用一個(gè)從上下文內(nèi)容中新的圖片來代替。這樣比繪制單一像素那樣需要更加復(fù)雜的計(jì)算，但是因此產(chǎn)生的圖片將會(huì)為繪制做優(yōu)化，而且由于原始?jí)嚎s圖片被拋棄了，iOS就不能夠隨時(shí)丟棄任何解壓后的圖片來節(jié)省內(nèi)存了。
需要注意的是蘋果特別推薦了不要使用這些詭計(jì)來繞過標(biāo)準(zhǔn)圖片解壓邏輯（所以也是他們選擇用默認(rèn)處理方式的原因），但是如果你使用很多大圖來構(gòu)建應(yīng)用，那如果想提升性能，就只能和系統(tǒng)博弈了。
如果不使用+imageNamed:，那么把整張圖片繪制到CGContext可能是最佳的方式了。盡管你可能認(rèn)為多余的繪制相較別的解壓技術(shù)而言性能不是很高，但是新創(chuàng)建的圖片（在特定的設(shè)備上做過優(yōu)化）可能比原始圖片繪制的更快。
同樣，如果想顯示圖片到比原始尺寸小的容器中，那么一次性在后臺(tái)線程重新繪制到正確的尺寸會(huì)比每次顯示的時(shí)候都做縮放會(huì)更有效（盡管在這個(gè)例子中我們加載的圖片呈現(xiàn)正確的尺寸，所以不需要多余的優(yōu)化）。
如果修改了-collectionView:cellForItemAtIndexPath:方法來重繪圖片（清單14.3），你會(huì)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)更加平滑。
- (UICollectionViewCell *)collectionView:(UICollectionView *)collectionView? ? ? ? ? ? ? ? ? cellForItemAtIndexPath:(NSIndexPath*)indexPath{
//dequeue cellUICollectionViewCell *cell = [collectionViewdequeueReusableCellWithReuseIdentifier:@"Cell"forIndexPath:indexPath];? ? ...//switch to background thread
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,0), ^{
//load imageNSIntegerindex= indexPath.row;NSString*imagePath = self.imagePaths[index];? ?
? ? UIImage *image = [UIImageimageWithContentsOfFile:imagePath];//redraw image using device contextUIGraphicsBeginImageContextWithOptions(imageView.bounds.size,YES,0);? ? ? ? [imagedrawInRect:imageView.bounds];? ? ?
? image =UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();UIGraphicsEndImageContext();//set image on main thread, but only if index still matches up
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{if(index== cell.tag) {? ? ? ? ? ? ? ? imageView.image= image;? ? ? ? ? ?
}? ? ?
? });});returncell;}
CATiledLayer
如第6章“專用圖層”中的例子所示，CATiledLayer可以用來異步加載和顯示大型圖片，而不阻塞用戶輸入。但是我們同樣可以使用CATiledLayer在UICollectionView中為每個(gè)表格創(chuàng)建分離的CATiledLayer實(shí)例加載傳動(dòng)器圖片，每個(gè)表格僅使用一個(gè)圖層。
這樣使用CATiledLayer有幾個(gè)潛在的弊端：
CATiledLayer的隊(duì)列和緩存算法沒有暴露出來，所以我們只能祈禱它能匹配我們的需求
CATiledLayer需要我們每次重繪圖片到CGContext中，即使它已經(jīng)解壓縮，而且和我們單元格尺寸一樣（因此可以直接用作圖層內(nèi)容，而不需要重繪）。
我們來看看這些弊端有沒有造成不同：清單14.4顯示了使用CATiledLayer對(duì)圖片傳送器的重新實(shí)現(xiàn)。
清單14.4 使用CATiledLayer的圖片傳送器
#import"ViewController.h"
#import@interfaceViewController() @property(nonatomic,copy)NSArray*imagePaths;
@property(nonatomic,weak)IBOutletUICollectionView *collectionView;
@end
@implementationViewController
- (void)viewDidLoad{
//set up data
self.imagePaths= [[NSBundlemainBundle]pathsForResourcesOfType:@"jpg"inDirectory:@"Vacation Photos"];??
[self.collectionViewregisterClass:[UICollectionViewCellclass]forCellWithReuseIdentifier:@"Cell"];
}
- (NSInteger)collectionView:(UICollectionView *)collectionViewnumberOfItemsInSection:(NSInteger)section{return[self.imagePathscount];
}
- (UICollectionViewCell *)collectionView:(UICollectionView *)collectionViewcellForItemAtIndexPath:(NSIndexPath*)indexPath{
//dequeue cellUICollectionViewCell *cell = [collectionViewdequeueReusableCellWithReuseIdentifier:@"Cell"forIndexPath:indexPath];//add the tiled layerCATiledLayer *tileLayer = [cell.contentView.layer.sublayerslastObject];
if(!tileLayer) {? ? ? ? tileLayer = [CATiledLayerlayer];? ? ?
? tileLayer.frame= cell.bounds;? ? ? ?
tileLayer.contentsScale= [UIScreenmainScreen].scale;? ? ? ? tileLayer.tileSize=CGSizeMake(cell.bounds.size.width* [UIScreenmainScreen].scale, cell.bounds.size.height* [UIScreenmainScreen].scale);? ?
? tileLayer.delegate= self;? ? ? ? [tileLayersetValue:@(indexPath.row)forKey:@"index"];? ? ? ? [cell.contentView.layeraddSublayer:tileLayer];??
}//tag the layer with the correct index and reload
tileLayer.contents=nil;??
[tileLayersetValue:@(indexPath.row)forKey:@"index"];? ? [tileLayersetNeedsDisplay];
returncell;}
- (void)drawLayer:(CATiledLayer *)layerinContext:(CGContextRef)ctx{
//get image index
NSIntegerindex= [[layervalueForKey:@"index"]integerValue];
//load tile imageNSString*imagePath = self.imagePaths[index];??
UIImage *tileImage = [UIImageimageWithContentsOfFile:imagePath];
//calculate image rectCGFloat aspectRatio = tileImage.size.height/ tileImage.size.width;??
CGRect imageRect = CGRectZero;?
? imageRect.size.width= layer.bounds.size.width;??
imageRect.size.height= layer.bounds.size.height* aspectRatio;? ? imageRect.origin.y= (layer.bounds.size.height- imageRect.size.height)/2;/
/draw tile
UIGraphicsPushContext(ctx);? ?
[tileImagedrawInRect:imageRect];
UIGraphicsPopContext();
}
@end
需要解釋幾點(diǎn)：
CATiledLayer的tileSize屬性單位是像素，而不是點(diǎn)，所以為了保證瓦片和表格尺寸一致，需要乘以屏幕比例因子。
在-drawLayer:inContext:方法中，我們需要知道圖層屬于哪一個(gè)indexPath以加載正確的圖片。這里我們利用了CALayer的KVC來存儲(chǔ)和檢索任意的值，將圖層和索引打標(biāo)簽。
結(jié)果CATiledLayer工作的很好，性能問題解決了，而且和用GCD實(shí)現(xiàn)的代碼量差不多。僅有一個(gè)問題在于圖片加載到屏幕上后有一個(gè)明顯的淡入（圖14.4）。
我們可以調(diào)整CATiledLayer的fadeDuration屬性來調(diào)整淡入的速度，或者直接將整個(gè)漸變移除，但是這并沒有根本性地去除問題：在圖片加載到準(zhǔn)備繪制的時(shí)候總會(huì)有一個(gè)延遲，這將會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)時(shí)候新圖片的跳入。這并不是CATiledLayer的問題，使用GCD的版本也有這個(gè)問題。
即使使用上述我們討論的所有加載圖片和緩存的技術(shù)，有時(shí)候仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)加載大圖還是有問題。就和13章中提到的那樣，iPad上一整個(gè)視網(wǎng)膜屏圖片分辨率達(dá)到了2048x1536，而且會(huì)消耗12MB的RAM（未壓縮）。第三代iPad的硬件并不能支持1/60秒的幀率加載，解壓和顯示這種圖片。即使用后臺(tái)線程加載來避免動(dòng)畫卡頓，仍然解決不了問題。
我們可以在加載的同時(shí)顯示一個(gè)占位圖片，但這并沒有根本解決問題，我們可以做到更好
分辨率交換
視網(wǎng)膜分辨率（根據(jù)蘋果市場定義）代表了人的肉眼在正常視角距離能夠分辨的最小像素尺寸。但是這只能應(yīng)用于靜態(tài)像素。當(dāng)觀察一個(gè)移動(dòng)圖片時(shí)，你的眼睛就會(huì)對(duì)細(xì)節(jié)不敏感，于是一個(gè)低分辨率的圖片和視網(wǎng)膜質(zhì)量的圖片沒什么區(qū)別了。
如果需要快速加載和顯示移動(dòng)大圖，簡單的辦法就是欺騙人眼，在移動(dòng)傳送器的時(shí)候顯示一個(gè)小圖（或者低分辨率），然后當(dāng)停止的時(shí)候再換成大圖。這意味著我們需要對(duì)每張圖片存儲(chǔ)兩份不同分辨率的副本，但是幸運(yùn)的是，由于需要同時(shí)支持Retina和非Retina設(shè)備，本來這就是普遍要做到的。
如果從遠(yuǎn)程源或者用戶的相冊(cè)加載沒有可用的低分辨率版本圖片，那就可以動(dòng)態(tài)將大圖繪制到較小的CGContext，然后存儲(chǔ)到某處以備復(fù)用。
為了做到圖片交換，我們需要利用UIScrollView的一些實(shí)現(xiàn)UIScrollViewDelegate協(xié)議的委托方法（和其他類似于UITableView和UICollectionView基于滾動(dòng)視圖的控件一樣）：
- (void)scrollViewDidEndDragging:(UIScrollView *)scrollView willDecelerate:(BOOL)decelerate;
- (void)scrollViewDidEndDecelerating:(UIScrollView *)scrollView;
你可以使用這幾個(gè)方法來檢測傳送器是否停止?jié)L動(dòng)，然后加載高分辨率的圖片。只要高分辨率圖片和低分辨率圖片尺寸顏色保持一致，你會(huì)很難察覺到替換的過程（確保在同一臺(tái)機(jī)器使用相同的圖像程序或者腳本生成這些圖片）。
緩存
如果有很多張圖片要顯示，最好不要提前把所有都加載進(jìn)來，而是應(yīng)該當(dāng)移出屏幕之后立刻銷毀。通過選擇性的緩存，你就可以避免來回滾動(dòng)時(shí)圖片重復(fù)性的加載了。
緩存其實(shí)很簡單：就是存儲(chǔ)昂貴計(jì)算后的結(jié)果（或者是從閃存或者網(wǎng)絡(luò)加載的文件）在內(nèi)存中，以便后續(xù)使用，這樣訪問起來很快。問題在于緩存本質(zhì)上是一個(gè)權(quán)衡過程 - 為了提升性能而消耗了內(nèi)存，但是由于內(nèi)存是一個(gè)非常寶貴的資源，所以不能把所有東西都做緩存。
何時(shí)將何物做緩存（做多久）并不總是很明顯。幸運(yùn)的是，大多情況下，iOS都為我們做好了圖片的緩存。
+imageNamed:方法
之前我們提到使用[UIImage imageNamed:]加載圖片有個(gè)好處在于可以立刻解壓圖片而不用等到繪制的時(shí)候。但是[UIImage
imageNamed:]方法有另一個(gè)非常顯著的好處：它在內(nèi)存中自動(dòng)緩存了解壓后的圖片，即使你自己沒有保留對(duì)它的任何引用。
對(duì)于iOS應(yīng)用那些主要的圖片（例如圖標(biāo)，按鈕和背景圖片），使用[UIImage imageNamed:]加載圖片是最簡單最有效的方式。在nib文件中引用的圖片同樣也是這個(gè)機(jī)制，所以你很多時(shí)候都在隱式的使用它。
但是[UIImage imageNamed:]并不適用任何情況。它為用戶界面做了優(yōu)化，但是并不是對(duì)應(yīng)用程序需要顯示的所有類型的圖片都適用。有些時(shí)候你還是要實(shí)現(xiàn)自己的緩存機(jī)制，原因如下：
[UIImage imageNamed:]方法僅僅適用于在應(yīng)用程序資源束目錄下的圖片，但是大多數(shù)應(yīng)用的許多圖片都要從網(wǎng)絡(luò)或者是用戶的相機(jī)中獲取，所以[UIImage
imageNamed:]就沒法用了。
[UIImage imageNamed:]緩存用來存儲(chǔ)應(yīng)用界面的圖片（按鈕，背景等等）。如果對(duì)照片這種大圖也用這種緩存，那么iOS系統(tǒng)就很可能會(huì)移除這些圖片來節(jié)省內(nèi)存。那么在切換頁面時(shí)性能就會(huì)下降，因?yàn)檫@些圖片都需要重新加載。對(duì)傳送器的圖片使用一個(gè)單獨(dú)的緩存機(jī)制就可以把它和應(yīng)用圖片的生命周期解耦。
[UIImage imageNamed:]緩存機(jī)制并不是公開的，所以你不能很好地控制它。例如，你沒法做到檢測圖片是否在加載之前就做了緩存，不能夠設(shè)置緩存大小，當(dāng)圖片沒用的時(shí)候也不能把它從緩存中移除。
自定義緩存
構(gòu)建一個(gè)所謂的緩存系統(tǒng)非常困難。菲爾 卡爾頓曾經(jīng)說過：“在計(jì)算機(jī)科學(xué)中只有兩件難事：緩存和命名”。
如果要寫自己的圖片緩存的話，那該如何實(shí)現(xiàn)呢？讓我們來看看要涉及哪些方面：
選擇一個(gè)合適的緩存鍵 - 緩存鍵用來做圖片的唯一標(biāo)識(shí)。如果實(shí)時(shí)創(chuàng)建圖片，通常不太好生成一個(gè)字符串來區(qū)分別的圖片。在我們的圖片傳送帶例子中就很簡單，我們可以用圖片的文件名或者表格索引。
提前緩存 - 如果生成和加載數(shù)據(jù)的代價(jià)很大，你可能想當(dāng)?shù)谝淮涡枰玫降臅r(shí)候再去加載和緩存。提前加載的邏輯是應(yīng)用內(nèi)在就有的，但是在我們的例子中，這也非常好實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)給定的位置和滾動(dòng)方向，我們就可以精確地判斷出哪一張圖片將會(huì)出現(xiàn)。
緩存失效 -
如果圖片文件發(fā)生了變化，怎樣才能通知到緩存更新呢？這是個(gè)非常困難的問題（就像菲爾
卡爾頓提到的），但是幸運(yùn)的是當(dāng)從程序資源加載靜態(tài)圖片的時(shí)候并不需要考慮這些。對(duì)用戶提供的圖片來說（可能會(huì)被修改或者覆蓋），一個(gè)比較好的方式就是當(dāng)圖片緩存的時(shí)候打上一個(gè)時(shí)間戳以便當(dāng)文件更新的時(shí)候作比較。
緩存回收 - 當(dāng)內(nèi)存不夠的時(shí)候，如何判斷哪些緩存需要清空呢？這就需要到你寫一個(gè)合適的算法了。幸運(yùn)的是，對(duì)緩存回收的問題，蘋果提供了一個(gè)叫做NSCache通用的解決方案
NSCache
NSCache和NSDictionary類似。你可以通過-setObject:forKey:和-object:forKey:方法分別來插入，檢索。和字典不同的是，NSCache在系統(tǒng)低內(nèi)存的時(shí)候自動(dòng)丟棄存儲(chǔ)的對(duì)象。
NSCache用來判斷何時(shí)丟棄對(duì)象的算法并沒有在文檔中給出，但是你可以使用-setCountLimit:方法設(shè)置緩存大小，以及-setObject:forKey:cost:來對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)的對(duì)象指定消耗的值來提供一些暗示。
指定消耗數(shù)值可以用來指定相對(duì)的重建成本。如果對(duì)大圖指定一個(gè)大的消耗值，那么緩存就知道這些物體的存儲(chǔ)更加昂貴，于是當(dāng)有大的性能問題的時(shí)候才會(huì)丟棄這些物體。你也可以用-setTotalCostLimit:方法來指定全體緩存的尺寸。
NSCache是一個(gè)普遍的緩存解決方案，我們創(chuàng)建一個(gè)比傳送器案例更好的自定義的緩存類。（例如，我們可以基于不同的緩存圖片索引和當(dāng)前中間索引來判斷哪些圖片需要首先被釋放）。但是NSCache對(duì)我們當(dāng)前的緩存需求來說已經(jīng)足夠了；沒必要過早做優(yōu)化。
使用圖片緩存和提前加載的實(shí)現(xiàn)來擴(kuò)展之前的傳送器案例，然后來看看是否效果更好（見清單14.5）。
清單14.5 添加緩存
#import"ViewController.h"
@interfaceViewController() @property(nonatomic,copy)NSArray*imagePaths;
@property(nonatomic,weak)IBOutletUICollectionView *collectionView;
@end
@implementationViewController- (void)viewDidLoad{
//set up data
self.imagePaths= [[NSBundlemainBundle]pathsForResourcesOfType:@"png"inDirectory:@"Vacation Photos"];//register cell class
[self.collectionViewregisterClass:[UICollectionViewCellclass]forCellWithReuseIdentifier:@"Cell"];
}
- (NSInteger)collectionView:(UICollectionView *)collectionViewnumberOfItemsInSection:(NSInteger)section{
??? return[self.imagePathscount];
}
- (UIImage *)loadImageAtIndex:(NSUInteger)index{
//set up cachestaticNSCache*cache =nil;if(!cache) {? ? ?
? cache = [[NSCachealloc]init];? ? }
//if already cached, return immediatelyUIImage *image = [cacheobjectForKey:@(index)];
if(image) {return[imageisKindOfClass:[NSNullclass]]?nil: image;? ? }
//set placeholder to avoid reloading image multiple times
[cachesetObject:[NSNullnull]forKey:@(index)];//switch to background thread
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW,0), ^{
//load imageNSString*imagePath = self.imagePaths[index];? ?
? ? UIImage *image = [UIImageimageWithContentsOfFile:imagePath];//redraw image using device contextUIGraphicsBeginImageContextWithOptions(image.size,YES,0);? ? ? ? [imagedrawAtPoint:CGPointZero];? ?
? ? image =UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();UIGraphicsEndImageContext();/
/set image for correct image view
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
//cache the image[cachesetObject:imageforKey:@(index)];
//display the imageNSIndexPath*indexPath = [NSIndexPathindexPathForItem:indexinSection:0];
UICollectionViewCell *cell = [self.collectionViewcellForItemAtIndexPath:indexPath];? ? ? ? ? ? UIImageView *imageView = [cell.contentView.subviewslastObject];? ? ? ? ? ? imageView.image= image;? ? ??
});? ? });//not loaded yetreturnnil;}
- (UICollectionViewCell *)collectionView:(UICollectionView *)collectionViewcellForItemAtIndexPath:(NSIndexPath*)indexPath{
//dequeue cellUICollectionViewCell *cell = [collectionViewdequeueReusableCellWithReuseIdentifier:@"Cell"forIndexPath:indexPath];//add image view
UIImageView *imageView = [cell.contentView.subviewslastObject];
if(!imageView) {? ??
? imageView = [[UIImageViewalloc]initWithFrame:cell.contentView.bounds];? ? ? ? imageView.contentMode= UIViewContentModeScaleAspectFit;? ? ? ? [cell.contentViewaddSubview:imageView];
? }
//set or load image for this index
imageView.image= [selfloadImageAtIndex:indexPath.item];
//preload image for previous and next index
if(indexPath.item< [self.imagePathscount] -1) {? ? ? ? [selfloadImageAtIndex:indexPath.item +1];
}if(indexPath.item>0) {? ? ??
[selfloadImageAtIndex:indexPath.item -1]; }returncell;}
@end
果然效果更好了！當(dāng)滾動(dòng)的時(shí)候雖然還有一些圖片進(jìn)入的延遲，但是已經(jīng)非常罕見了。緩存意味著我們做了更少的加載。這里提前加載邏輯非常粗暴，其實(shí)可以把滑動(dòng)速度和方向也考慮進(jìn)來，但這已經(jīng)比之前沒做緩存的版本好很多了。
文件格式
圖片加載性能取決于加載大圖的時(shí)間和解壓小圖時(shí)間的權(quán)衡。很多蘋果的文檔都說PNG是iOS所有圖片加載的最好格式。但這是極度誤導(dǎo)的過時(shí)信息了。
PNG圖片使用的無損壓縮算法可以比使用JPEG的圖片做到更快地解壓，但是由于閃存訪問的原因，這些加載的時(shí)間并沒有什么區(qū)別。
清單14.6展示了標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序加載不同尺寸圖片所需要時(shí)間的一些代碼。為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，我們會(huì)測量每張圖片的加載和繪制時(shí)間來確?？紤]到解壓性能的因素。另外每隔一秒重復(fù)加載和繪制圖片，這樣就可以取到平均時(shí)間，使得結(jié)果更加準(zhǔn)確。
#import"ViewController.h"
staticNSString*constImageFolder =@"Coast Photos";
@interfaceViewController() @property(nonatomic,copy)NSArray*items;
@property(nonatomic,weak)IBOutletUITableView *tableView;
@end
@implementationViewController
- (void)viewDidLoad{??
[superviewDidLoad];
//set up image namesself.items= @[@"2048x1536",@"1024x768",@"512x384",@"256x192",@"128x96",@"64x48",@"32x24"];}- (CFTimeInterval)loadImageForOneSec:(NSString*)path{
//create drawing context to use for decompression
UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(1,1));
//start timing
NSInteger imagesLoaded =0;
CFTimeIntervalendTime =0;
CFTimeIntervalstartTime =CFAbsoluteTimeGetCurrent();
while(endTime - startTime <1)
{//load image
UIImage *image = [UIImageimageWithContentsOfFile:path];
//decompress image by drawing it
[image drawAtPoint:CGPointZero];
//update totals
imagesLoaded ++;? ? ? ?
endTime =CFAbsoluteTimeGetCurrent();??
}
//close context
UIGraphicsEndImageContext();
//calculate time per image
return(endTime - startTime) / imagesLoaded;
}
- (void)loadImageAtIndex:(NSUInteger)index{//load on background thread so as not to//prevent the UI from updating between runs dispatch_async(
dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH,0), ^{
//setupNSString*fileName = self.items[index];
NSString*pngPath = [[NSBundlemainBundle]pathForResource:filenameofType:@"png"inDirectory:ImageFolder];NSString*jpgPath = [[NSBundlemainBundle]pathForResource:filenameofType:@"jpg"inDirectory:ImageFolder];
//loadNSInteger pngTime = [selfloadImageForOneSec:pngPath] *1000;? ?
? ? NSInteger jpgTime = [selfloadImageForOneSec:jpgPath] *1000;
//updated UI on main thread
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{//find table cell and updateNSIndexPath*indexPath = [NSIndexPathindexPathForRow:indexinSection:0];? ? ? ? ? ? UITableViewCell *cell = [self.tableViewcellForRowAtIndexPath:indexPath];? ? ? ? ? ? cell.detailTextLabel.text= [NSStringstringWithFormat:@"PNG:%03ims JPG:%03ims", pngTime, jpgTime];? ? ? ? });? ? });}
- (NSInteger)tableView:(UITableView *)tableViewnumberOfRowsInSection:(NSInteger)section{
????? return[self.itemscount];
}
- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableViewcellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath*)indexPath{/
/dequeue cell
UITableViewCell *cell = [self.tableViewdequeueReusableCellWithIdentifier:@"Cell"];if(!cell) {? ? ? ? cell = [[UITableViewCellalloc]initWithStyle:UITableViewCellStyleValue1reuseIdentifier:@"Cell"];? ? }
//set up cell
NSString*imageName = self.items[indexPath.row];?
? cell.textLabel.text= imageName;
? cell.detailTextLabel.text=@"Loading...";//load image[selfloadImageAtIndex:indexPath.row];returncell;}
@end
PNG和JPEG壓縮算法作用于兩種不同的圖片類型：JPEG對(duì)于噪點(diǎn)大的圖片效果很好；但是PNG更適合于扁平顏色，鋒利的線條或者一些漸變色的圖片。為了讓測評(píng)的基準(zhǔn)更加公平，我們用一些不同的圖片來做實(shí)驗(yàn)：一張照片和一張彩虹色的漸變。JPEG版本的圖片都用默認(rèn)的Photoshop60%“高質(zhì)量”設(shè)置編碼。結(jié)果見圖片14.5。
如結(jié)果所示，相對(duì)于不友好的PNG圖片，相同像素的JPEG圖片總是比PNG加載更快，除非一些非常小的圖片、但對(duì)于友好的PNG圖片，一些中大尺寸的圖效果還是很好的。
所以對(duì)于之前的圖片傳送器程序來說，JPEG會(huì)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。如果用JPEG的話，一些多線程和緩存策略都沒必要了。
但JPEG圖片并不是所有情況都適用。如果圖片需要一些透明效果，或者壓縮之后細(xì)節(jié)損耗很多，那就該考慮用別的格式了。蘋果在iOS系統(tǒng)中對(duì)PNG和JPEG都做了一些優(yōu)化，所以普通情況下都應(yīng)該用這種格式。也就是說在一些特殊的情況下才應(yīng)該使用別的格式。
混合圖片
對(duì)于包含透明的圖片來說，最好是使用壓縮透明通道的PNG圖片和壓縮RGB部分的JPEG圖片混合起來加載。這就對(duì)任何格式都適用了，而且無論從質(zhì)量還是文件尺寸還是加載性能來說都和PNG和JPEG的圖片相近。相關(guān)分別加載顏色和遮罩圖片并在運(yùn)行時(shí)合成的代碼見14.7。
#import"ViewController.h"
@interfaceViewController()
@property(nonatomic,weak)IBOutletUIImageView *imageView;
@end
@implementationViewController
- (void)viewDidLoad{? ? [superviewDidLoad];//load color image
UIImage *image = [UIImageimageNamed:@"Snowman.jpg"];
//load mask imageUIImage *mask = [UIImageimageNamed:@"SnowmanMask.png"];
//convert mask to correct format
CGColorSpaceRef graySpace =CGColorSpaceCreateDeviceGray();??
CGImageRef maskRef =CGImageCreateCopyWithColorSpace(mask.CGImage, graySpace);
CGColorSpaceRelease(graySpace);
//combine images
CGImageRef resultRef =CGImageCreateWithMask(image.CGImage, maskRef);??
UIImage *result = [UIImageimageWithCGImage:resultRef];
CGImageRelease(resultRef);
CGImageRelease(maskRef);//display result
self.imageView.image= result;}
@end
對(duì)每張圖片都使用兩個(gè)獨(dú)立的文件確實(shí)有些累贅。JPNG的庫（https://github.com/nicklockwood/JPNG）對(duì)這個(gè)技術(shù)提供了一個(gè)開源的可以復(fù)用的實(shí)現(xiàn)，并且添加了直接使用+imageNamed:和+imageWithContentsOfFile:方法的支持。
JPEG2000
除了JPEG和PNG之外iOS還支持別的一些格式，例如TIFF和GIF，但是由于他們質(zhì)量壓縮得更厲害，性能比JPEG和PNG糟糕的多，所以大多數(shù)情況并不用考慮。
但是iOS之后，蘋果低調(diào)添加了對(duì)JPEG 2000圖片格式的支持，所以大多數(shù)人并不知道。它甚至并不被Xcode很好的支持 - JPEG 2000圖片都沒在Interface Builder中顯示。
但是JPEG 2000圖片在（設(shè)備和模擬器）運(yùn)行時(shí)會(huì)有效，而且比JPEG質(zhì)量更好，同樣也對(duì)透明通道有很好的支持。但是JPEG 2000圖片在加載和顯示圖片方面明顯要比PNG和JPEG慢得多，所以對(duì)圖片大小比運(yùn)行效率更敏感的時(shí)候，使用它是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
但仍然要對(duì)JPEG 2000保持關(guān)注，因?yàn)樵诤罄m(xù)iOS版本說不定就對(duì)它的性能做提升，但是在現(xiàn)階段，混合圖片對(duì)更小尺寸和質(zhì)量的文件性能會(huì)更好
PVRTC
當(dāng)前市場的每個(gè)iOS設(shè)備都使用了Imagination Technologies PowerVR圖像芯片作為GPU。PowerVR芯片支持一種叫做PVRTC（PowerVR Texture Compression）的標(biāo)準(zhǔn)圖片壓縮。
和iOS上可用的大多數(shù)圖片格式不同，PVRTC不用提前解壓就可以被直接繪制到屏幕上。這意味著在加載圖片之后不需要有解壓操作，所以內(nèi)存中的圖片比其他圖片格式大大減少了（這取決于壓縮設(shè)置，大概只有1/60那么大）。
但是PVRTC仍然有一些弊端：
盡管加載的時(shí)候消耗了更少的RAM，PVRTC文件比JPEG要大，有時(shí)候甚至比PNG還要大（這取決于具體內(nèi)容），因?yàn)閴嚎s算法是針對(duì)于性能，而不是文件尺寸。
PVRTC必須要是二維正方形，如果源圖片不滿足這些要求，那必須要在轉(zhuǎn)換成PVRTC的時(shí)候強(qiáng)制拉伸或者填充空白空間。
質(zhì)量并不是很好，尤其是透明圖片。通?？雌饋砀駠?yán)重壓縮的JPEG文件。
PVRTC不能用Core Graphics繪制，也不能在普通的UIImageView顯示，也不能直接用作圖層的內(nèi)容。你必須要用作OpenGL紋理加載PVRTC圖片，然后映射到一對(duì)三角板來在CAEAGLLayer或者GLKView中顯示。
創(chuàng)建一個(gè)OpenGL紋理來繪制PVRTC圖片的開銷相當(dāng)昂貴。除非你想把所有圖片繪制到一個(gè)相同的上下文，不然這完全不能發(fā)揮PVRTC的優(yōu)勢(shì)。
PVRTC使用了一個(gè)不對(duì)稱的壓縮算法。盡管它幾乎立即解壓，但是壓縮過程相當(dāng)漫長。在一個(gè)現(xiàn)代快速的桌面Mac電腦上，它甚至要消耗一分鐘甚至更多來生成一個(gè)PVRTC大圖。因此在iOS設(shè)備上最好不要實(shí)時(shí)生成。
如果你愿意使用OpehGL，而且即使提前生成圖片也能忍受得了，那么PVRTC將會(huì)提供相對(duì)于別的可用格式來說非常高效的加載性能。比如，可以在主線程1/60秒之內(nèi)加載并顯示一張2048×2048的PVRTC圖片（這已經(jīng)足夠大來填充一個(gè)視網(wǎng)膜屏幕的iPad了），這就避免了很多使用線程或者緩存等等復(fù)雜的技術(shù)難度。
Xcode包含了一些命令行工具例如texturetool來生成PVRTC圖片，但是用起來很不方便（它存在于Xcode應(yīng)用程序束中），而且很受限制。一個(gè)更好的方案就是使用Imagination TechnologiesPVRTexTool，可以從http://www.imgtec.com/powervr/insider/sdkdownloads免費(fèi)獲得。
安裝了PVRTexTool之后，就可以使用如下命令在終端中把一個(gè)合適大小的PNG圖片轉(zhuǎn)換成PVRTC文件：
如你所見，非常不容易，如果你對(duì)在常規(guī)應(yīng)用中使用PVRTC圖片很感興趣的話（例如基于OpenGL的游戲），可以參考一下GLView的庫（https://github.com/nicklockwood/GLView），它提供了一個(gè)簡單的GLImageView類，重新實(shí)現(xiàn)了UIImageView的各種功能，但同時(shí)提供了PVRTC圖片，而不需要你寫任何OpenGL代碼。
總結(jié)
在這章中，我們研究了和圖片加載解壓相關(guān)的性能問題，并延展了一系列解決方案
