iOS面试题:聊一聊iOS 中的离屏渲染?

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iOS猿_员
4.6 2019.01.29 20:37* 字数 1408

原文:iOS面试题大全

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:

  • 1)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。
  • 2)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。

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:Core Graphics 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:

  • 1)shouldRasterize(光栅化),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。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。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。
  • 2)masks(遮罩)
  • 3)shadows(阴影)
  • 4)edge antialiasing(抗锯齿)
  • 5)group opacity(不透明)
  • 6)复杂形状设置圆角等
  • 7)渐变

为什么会使用离屏渲染: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(下一个 VSync 信号开始前)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。由于垂直同步的机制,如果在一个 VSync 时间内,CPU 或者 GPU 没有完成内容提交,则那一帧就会被丢弃,等待下一次机会再显示,而这时显示屏会保留之前的内容不变。这就是界面卡顿的原因。

Instruments 监测离屏渲染:

  • 1)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。
  • 2)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。

iOS 版本上的优化:

  • 1)iOS 9.0 之前 UIimageView、UIButton 设置圆角都会触发离屏渲染。
  • 2)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的。
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