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iOS 離屏渲染的研究

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GPU渲染機制:

CPU 計算好顯示內容提交到 GPU,GPU 渲染完成後將渲染結果放入幀緩衝區,隨後視訊控制器會按照 VSync 訊號逐行讀取幀緩衝區的資料,經過可能的數模轉換傳遞給顯示器顯示。

GPU螢幕渲染有以下兩種方式:

On-Screen Rendering
意為當前螢幕渲染,指的是GPU的渲染操作是在當前用於顯示的螢幕緩衝區中進行。

Off-Screen Rendering
意為離屏渲染,指的是GPU在當前螢幕緩衝區以外新開闢一個緩衝區進行渲染操作。

特殊的離屏渲染:
如果將不在GPU的當前螢幕緩衝區中進行的渲染都稱為離屏渲染,那麼就還有另一種特殊的“離屏渲染”方式: CPU渲染。
如果我們重寫了drawRect方法,並且使用任何Core Graphics的技術進行了繪製操作,就涉及到了CPU渲染。整個渲染過程由CPU在App內 同步地
完成,渲染得到的bitmap最後再交由GPU用於顯示。
備註:CoreGraphic通常是執行緒安全的,所以可以進行非同步繪製,顯示的時候再放回主執行緒,一個簡單的非同步繪製過程大致如下

  - (void)display {
     dispatch_async(backgroundQueue, ^{
         CGContextRef ctx = CGBitmapContextCreate(...);
         // draw in context...
         CGImageRef img = CGBitmapContextCreateImage(ctx);
         CFRelease(ctx);
         dispatch_async(mainQueue, ^{
             layer.contents = img;
         });
     });
  }

離屏渲染的觸發方式

設定了以下屬性時,都會觸發離屏繪製:

  • shouldRasterize(光柵化)
  • masks(遮罩)
  • shadows(陰影)
  • edge antialiasing(抗鋸齒)
  • group opacity(不透明)
  • 複雜形狀設定圓角等
  • 漸變

其中shouldRasterize(光柵化)是比較特別的一種:
光柵化概念:將圖轉化為一個個柵格組成的圖象。
光柵化特點:每個元素對應幀緩衝區中的一畫素。

shouldRasterize = YES在其他屬性觸發離屏渲染的同時,會將光柵化後的內容快取起來,如果對應的layer及其sublayers沒有發生改變,在下一幀的時候可以直接複用。shouldRasterize = YES,這將隱式的建立一個位圖,各種陰影遮罩等效果也會儲存到點陣圖中並快取起來,從而減少渲染的頻度(不是向量圖)。

相當於光柵化是把GPU的操作轉到CPU上了,生成點陣圖快取,直接讀取複用。

當你使用光柵化時,你可以開啟“Color Hits Green and Misses Red”來檢查該場景下光柵化操作是否是一個好的選擇。綠色表示快取被複用,紅色表示快取在被重複建立。

如果光柵化的層變紅得太頻繁那麼光柵化對優化可能沒有多少用處。點陣圖快取從記憶體中刪除又重新建立得太過頻繁,紅色表明快取重建得太遲。可以針對性的選擇某個較小而較深的層結構進行光柵化,來嘗試減少渲染時間。

注意:
對於經常變動的內容,這個時候不要開啟,否則會造成效能的浪費
例如我們日程經常打交道的TableViewCell,因為TableViewCell的重繪是很頻繁的(因為Cell的複用),如果Cell的內容不斷變化,則Cell需要不斷重繪,如果此時設定了cell.layer可光柵化。則會造成大量的離屏渲染,降低圖形效能。

為什麼會使用離屏渲染

當使用圓角,陰影,遮罩的時候,圖層屬性的混合體被指定為在未預合成之前不能直接在螢幕中繪製,所以就需要螢幕外渲染被喚起。

螢幕外渲染並不意味著軟體繪製,但是它意味著圖層必須在被顯示之前在一個螢幕外上下文中被渲染(不論CPU還是GPU)。

所以當使用離屏渲染的時候會很容易造成效能消耗,因為在OPENGL裡離屏渲染會單獨在記憶體中建立一個螢幕外緩衝區並進行渲染,而螢幕外緩衝區跟當前螢幕緩衝區上下文切換是很耗效能的。

Instruments監測離屏渲染

Instruments的Core Animation工具中有幾個和離屏渲染相關的檢查選項:

Color Offscreen-Rendered Yellow
開啟後會把那些需要離屏渲染的圖層高亮成黃色,這就意味著黃色圖層可能存在效能問題。

Color Hits Green and Misses Red
如果shouldRasterize被設定成YES,對應的渲染結果會被快取,如果圖層是綠色,就表示這些快取被複用;如果是紅色就表示快取會被重複建立,這就表示該處存在效能問題了。

iOS版本上的優化

iOS 9.0 之前UIimageView跟UIButton設定圓角都會觸發離屏渲染

iOS 9.0 之後UIButton設定圓角會觸發離屏渲染,而UIImageView裡png圖片設定圓角不會觸發離屏渲染了,如果設定其他陰影效果之類的還是會觸發離屏渲染的。

這可能是蘋果也意識到離屏渲染會產生效能問題,所以能不產生離屏渲染的地方蘋果也就不用離屏渲染了。

作者:齊滇大聖
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來源:簡書
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