SwiftUI学习笔记04 – 如何调试SwiftUI?

SwiftUI底层默认走Core Animation渲染，它也可以直接用Metal，效率非常高。结构简单的App一般不会遇到性能问题，但SwiftUI的写法和刷新机制毕竟跟我们熟悉的UIKit/AppKit不同，过去的写法容易造成没有必要的View Redrawing，导致卡顿或闪动影响用户体验。

这种时候我们就需要调试下SwiftUI代码，看看影响体验的问题是怎么产生的。

我们写的SwiftUI代码是一个遵循了View协议的struct，它不是真正的view实例本身，而只是个“view应该长啥样”的描述。这就给了SwiftUI框架很高的优化自由度，开发者反而不太能干涉底层的渲染逻辑。同时SwiftUI又是闭源的，我们也无法通过阅读源码得知确切的渲染和优化逻辑。但通过苹果提供的调试工具以及对SwiftUI渲染原理的猜测，我们还是能在应用层做一些优化的。

一、影响SwiftUI性能的维度

Xcode Instruments提供了SwiftUI专属模板，除了我们熟悉的Tim Profile维度以外，还提供了View Body, View Properties和Core Animation Commits三个维度。

SwiftUI的刷新机制是以body为单位计算和重绘的，优化时减少View Body的重绘符合直觉。

除了body重绘，Instruments也提供了View Properties维度的报告，可以细化分析哪些Properties发生了变化。

最后是Core Animation Commits。SwiftUI默认用Core Animation来渲染，这种实现非常聪明，每次我们的View发生变化，SwiftUI都会计算关键帧然后作为CATransactoin提交，开发者实现UI元素的过渡动画就像呼吸一样简单。但是当CA Commit过于频繁的时候，也容易产生掉帧的问题。

二、优化SwiftUI List

我们List优化为例子，看看如何实现SwiftUI的调试和优化。

上面是我的一个SwiftUI Mac练习作，可以选择Mac上的图片进行压缩。可以看到点开”Open”按钮弹出文件选择窗口时，底下任务列表的缩略图会闪一下，说明它们都被刷新了一遍或多遍。

2.1 私有Debug接口: Self._printChanges()

这个界面有两个SwiftUI View组成，CompressionView里有一个List，包含了多个CompressViewCell（上图代码简化过）。

如何得知这些View因为什么而被刷新的呢？最简单的方法可以用Xcode的断点:

但看堆栈不够直观，如果想知道是哪个property的更新导致View刷新了怎么办？有一个private API我们可以用于调试:

Self._printChanges()是一个私有API，所以没有文档，根据这个回答，该函数是Apple engineer在WWDC21的Session回答的。以及据说Xcode有一段Summary（我的Xcode 14.2是看不到这一段了）:

Summary
When called within an invocation of body of a view of this type, prints the names of the changed dynamic properties that caused the result of body to need to be refreshed. As well as the physical property names, “@self” is used to mark that the view value itself has changed, and “@identity” to mark that the identity of the view has changed (i.e. that the persistent data associated with the view has been recycled for a new instance of the same type).

在本例子中，我先选择10个图片，所以List里有10个Cell。但是SwiftUI的List Content应该都是lazy-loading，所以我们预期只初始化其中能被看到的4个。当fileImporter展示的时候，CompressionView的viewModel property isPresentingFilePicker从false变为true，所以CompressionView会redraw，但是CompressViewCell的viewModel没有发生任何变化，所以我们预期Cells都不应该被redraw。

现在开启这个API，打印出来的结果如下:

切换fileImporter的时候，有6个cells被刷新，每个cell被刷了两次。第一次是@self changed, 第二次是_viewModel changed。

2.2 在macOS上用LazyVStack实现lazy-loading

根据这里和这里的讨论，初步推断虽然List Content都应该lazy-loading，但至少在macOS上还没有完美实现。用Ventura 13.2.1 + Xcode 14.2 我的测试结果是多渲染了2个，在旧的系统或SDK上可能会初始化全部cells。所以如果为了获得明确的lazy loading，我们可以使用ScrollView+LazyVStack来替代List。

实测使用LazyVStack只会渲染4个Cells。

2.3 给View Model增加Identifiable, Equatable

SwiftUI内部做了不少事情，在redraw之前会判断body是否相同以减少重绘次数。相同与否的判断跟View所绑定的@State, @ObservedObject等动态属性有关。

如果是POD views (POD = plain data, see Swift’s _isPOD() function.)，SwiftUI会直接判断view的每个字段，如果不是POD views就优先取它的==方法，没有再fall back回去。The SwiftUI Lab的这篇文章对此有深入探讨。不过令我感兴趣的是Core Animation的设计者John Harper的现身说法。

他非常低调，Google到的信息不多，只有AppleInsider和Daring Fireball 2014年对他离开Apple加入Facebook的报道。看来他后来又回到了Apple并参加SwiftUI项目，WWDC19他在这个Session出现。如此说来，使用Core Animation作为SwiftUI的默认渲染就非常合理了。

回到我们的优化来，因为我的App采用MVVM架构，以前写RxSwift的时候就习惯从ViewController分一个ViewModel属性出来，现在把它作为View的一个@ObservedObject非常自然。但也因此让这个view struct不再是一个POD view，所以我们需要给ViewModel实现Identifiable, Equatable。

如此一来，SwiftUI在决定哪些sub-views需要被redraw的时候就可以通过我们自定义的比较函数来判断，这里我的应用场景是只要id相同它就不需要改变，但诸位读者要视具体情况来实现自己的比较函数。

2.4 优化后的效果

只有CompressionView自己因为isPresentingFilePicker变化而刷新，所有的Cell都不会二次重绘了，Nice!👏🥳

三、使用Instruments

上述例子只是一个非常简单的案例，如果App变得复杂了就需要Instruments相助了。

测试时已禁止进度条刷新

上图选取的时间段是一次fileImporter展开，引发了12次CompressViewCell的body重绘，符合Self._printChanges()的日志结果。

优化后同样是一次fileImporter展开，不再有CompressViewCell重绘。

View Properties展示了所有Properties的变化记录，拖动顶部的小三角形可以展示所有Properties的变化过程，有点厉害。不过目前它只能显示Propert Type，比如State，没有变量名，如果你有多个同类型的Properties就有点难找到对应的变量是哪个。希望今年的WWDC可以带来更多更强大的Debug功能。

Core Animation Commits可以告诉我们哪些地方可能有渲染上的卡顿，Hacking with Swift这篇文章有不错的介绍。

Time Profile就无需多言了，平时用来查各种卡顿的必备工具，不再赘述。

四、下一步？

既然@ObservedObject会导致不好管理的view redrawing，那我们有没有更好的解决方案呢？

SwiftUI发布以来，开发者们有过不少讨论。Alexey Naumov在Why I quit using the ObservableObject中介绍他用Combine包装的AppState取代@ObservedObject，OneV Cat也分享过TCA – SwiftUI 的救星？。

目前我还在使用@ObservedObject作为View Model的方案，还没尝试自己封装基于Combine的View Model，未来可以尝试一下。虽然对于使用Redux全局单一Store实现Single Source of Truth的方法我还持怀疑态度，一旦App大了这个State同样是要爆炸的。

@Livid 开发的Planet就是采用这种方式实现的，有兴趣的读者可以看一下，这是GitHub Repo。哪天我也找个Side Project尝试一下看看。

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