iOS中的离屏渲染与相关性能检测优化

GPU渲染机制:

CPU 计算好显示内容提交到 GPU,GPU 渲染完成后将渲染结果放入帧缓冲区,随后视频控制器会按照 VSync 信号逐行读取帧缓冲区的数据,经过可能的数模转换传递给显示器显示。


GPU屏幕渲染有以下两种方式:

On-Screen Rendering

意为当前屏幕渲染,指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。

Off-Screen Rendering

意为离屏渲染,指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。

为什么会触发离屏渲染,有什么影响

当使用圆角,阴影,遮罩的时候,图层属性的混合体被指定为在未预合成之前不能直接在屏幕中绘制,所以就需要屏幕外渲染被唤起。

屏幕外渲染并不意味着软件绘制,但是它意味着图层必须在被显示之前在一个屏幕外上下文中被渲染(不论CPU还是GPU)。

所以当使用离屏渲染的时候会很容易造成性能消耗,因为在OPENGL里离屏渲染会单独在内存中创建一个屏幕外缓冲区并进行渲染,而屏幕外缓冲区跟当前屏幕缓冲区上下文切换是很耗性能的。如果这样的操作达到一定数量,会触发缓冲区的频繁合并和上下文的的频繁切换,会出现卡顿、掉帧现象。因为这其中涉及两次昂贵的环境转换(转换环境到屏幕外缓冲区,然后转换环境到帧缓冲区。触发离屏渲染后这种转换发生在每一帧,在界面的滚动过程中如果有大量的离屏渲染发生时会严重影响帧率。

特殊的离屏渲染:如果将不在GPU的当前屏幕缓冲区中进行的渲染都称为离屏渲染,那么就还有另一种特殊的“离屏渲染”方式: CPU渲染。如果我们重写了drawRect方法,并且使用任何Core Graphics的技术进行了绘制操作,就涉及到了CPU渲染。整个渲染过程由CPU在App内 同步地完成,渲染得到的bitmap最后再交由GPU用于显示。备注:CoreGraphic通常是线程安全的,所以可以进行异步绘制,显示的时候再放回主线程,一个简单的异步绘制过程大致如下  。

- (void)display {

dispatch_async(backgroundQueue, ^{

CGContextRef ctx = CGBitmapContextCreate(...);

// draw in context...

CGImageRef img = CGBitmapContextCreateImage(ctx); CFRelease(ctx); dispatch_async(mainQueue, ^{

layer.contents = img;

}); }); }  

离屏渲染的触发方式

设置了以下属性时,都会触发离屏绘制:

shouldRasterize(光栅化),masks(遮罩),shadows(阴影),渐变

edge antialiasing(抗锯齿),group opacity(不透明),复杂形状设置圆角等

//设置阴影,造成离屏渲染

shadowImgView.layer.shadowColor = [UIColor redColor].CGColor;

shadowImgView.layer.shadowOpacity = 0.8f;

shadowImgView.layer.shadowOffset = CGSizeMake(5, 5);

shadowImgView.layer.shadowRadius = 5.f;

用UIBezierPath赋值layer.mask,造成离屏渲染(使用此方法可以自定义特殊形状的视图,这里是给视图左上角和右上角添加圆角)

UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:textView.bounds byRoundingCorners:UIRectCornerTopLeft | UIRectCornerTopRight cornerRadii:CGSizeMake(textView.bounds.size.height * 0.5, textView.bounds.size.height * 0.5)];

CAShapeLayer *maskLayer = [[CAShapeLayer alloc] init];

maskLayer.frame = textView.bounds;

maskLayer.path = path.CGPath;

textView.layer.mask = maskLayer;

//设置cornerRadius>0且clipToBounds为YES,再添加子视图

view.layer.cornerRadius = 10.f; 

 view.clipToBounds = YES;  

[view addSubview:label];//如果再添加子视图会触发离屏渲染,不添加则不会

//设置cornerRadius>0且masksToBounds为YES 

 view.layer.cornerRadius = 10.f;  

view.layer.masksToBounds = YES;   //会触发离屏渲染,设置为NO则不会,默认为NO

其中shouldRasterize(光栅化)是比较特别的一种:光栅化概念:将图转化为一个个栅格组成的图象。光栅化特点:每个元素对应帧缓冲区中的一像素。

shouldRasterize = YES在其他属性触发离屏渲染的同时,会将光栅化后的内容缓存起来,如果对应的layer及其sublayers没有发生改变,在下一帧的时候可以直接复用。shouldRasterize = YES,这将隐式的创建一个位图,各种阴影遮罩等效果也会保存到位图中并缓存起来,从而减少渲染的频度(不是矢量图)。

相当于光栅化是把GPU的操作转到CPU上了,生成位图缓存,直接读取复用。

当你使用光栅化时,你可以开启“Color Hits Green and Misses Red”来检查该场景下光栅化操作是否是一个好的选择。绿色表示缓存被复用,红色表示缓存在被重复创建。

如果光栅化的层变红得太频繁那么光栅化对优化可能没有多少用处。位图缓存从内存中删除又重新创建得太过频繁,红色表明缓存重建得太迟。可以针对性的选择某个较小而较深的层结构进行光栅化,来尝试减少渲染时间。

注意:对于经常变动的内容,这个时候不要开启,否则会造成性能的浪费。例如我们日程经常打交道的TableViewCell,因为TableViewCell的重绘是很频繁的(因为Cell的复用),如果Cell的内容不断变化,则Cell需要不断重绘,如果此时设置了cell.layer可光栅化。则会造成大量的离屏渲染,降低图形性能。

怎么检测离屏渲染 这篇文章有讲解怎么使用Core Animation Core Animation

command + i 打开测试工具,Instruments的Core Animation工具中有几个和离屏渲染相关的检查选项:

Color Offscreen-Rendered Yellow

开启后会把那些需要离屏渲染的图层高亮成黄色,这就意味着黄色图层可能存在性能问题。

Color Hits Green and Misses Red

如果shouldRasterize被设置成YES,对应的渲染结果会被缓存,如果图层是绿色,就表示这些缓存被复用;如果是红色就表示缓存会被重复创建,这就表示该处存在性能问题了。

怎么防止离屏渲染和优化APP

设置阴影,添加阴影路径,可以避免离屏渲染

shadowImgView.layer.shadowColor = [UIColor redColor].CGColor;

shadowImgView.layer.shadowOpacity = 0.8f;

shadowImgView.layer.shadowOffset = CGSizeMake(5, 5);

shadowImgView.layer.shadowRadius = 5.f;

UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRect:shadowImgView.bounds];              

shadowImgView.layer.shadowPath = path.CGPath; 

给图片设置圆角,并不触发离屏渲染方法一

//绘制图片圆角 这是通过category给UIImage添加的一个方法

- (UIImage *)drawCornerInRect:(CGRect)rect cornerRadius:(CGFloat)cornerRadius{

UIBezierPath *bezierPath = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:rect cornerRadius:cornerRadius];

UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(rect.size, false, [UIScreen mainScreen].scale);

CGContextAddPath(UIGraphicsGetCurrentContext(), bezierPath.CGPath);

CGContextClip(UIGraphicsGetCurrentContext());

[self drawInRect:rect];

CGContextDrawPath(UIGraphicsGetCurrentContext(), kCGPathFillStroke);

UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();

UIGraphicsEndImageContext();

return image;

}  //调用方式

[imageView setImage:[[UIImage imageNamed:@"qrcodet"] drawCornerInRect:imageView.bounds cornerRadius:imageView.bounds.size.width * 0.5]];

给图片创建圆角方法二,使用图层混合的方式,在图片上面添加一个视图遮挡需要圆角的地方。

iOS 9.0 之后UIButton设置圆角会触发离屏渲染,而UIImageView里png图片设置圆角不会触发离屏渲染了,如果设置其他阴影效果之类的还是会触发离屏渲染。

总结开发中的知识,提升自己,文章是看了上面引用的文章后整理的,自己也做了部分测试,内容基本和原文一样,是把每篇文章的知识点整理进来。这里把参考的文章贴出来,大家有什么不明白的地方可以参考原文或者留言,如果错了,请批评指出,希望大家开发出性能更好的APP。

ios设置圆角阴影,避免离屏渲染

离屏渲染的研究

Instrument使用之Core Animation(图形性能)

绘制像素到屏幕上

离屏渲染优化

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