1.iOS界面渲染过程

WWDC14 419

1.在Application这一层中主要是CPU在操作，而到了Render Server这一层，CoreAnimation会将具体操作转换成发送给GPU的draw calls（以前是call OpenGL ES，现在慢慢转到了Metal），显然CPU和GPU双方同处于一个流水线中，协作完成整个渲染工作。
2.Runloop有一个60fps的回调，即每16.7ms绘制一次屏幕，所以view的绘制必须在这个时间内完成，view内容的绘制是cpu的工作，然后把绘制的内容交给GPU渲染，包括多个view的拼接，纹理的渲染等，最后显示在屏幕上。

屏幕渲染有如下三种：
CPU计算好显示内容提交到GPU，GPU渲染完成后将渲染结果放到帧缓存区，随后视频控制器会按照VSync信号逐行读取帧缓存区的数据。
1、GPU中的当前屏幕渲染 （On-Screen Renderin）
指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的帧缓冲区中进行
2、GPU中的离屏渲染 （Off-Screen Rendering）
指的是GPU在当前帧缓冲区以外新开辟一个离屏缓冲区进行渲染操作
3、CPU中的渲染（特殊离屏渲染，即不在GPU中的渲染）
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，系统也会为这个view申请一块内存区域，等待CoreGraphics可能的绘画操作,对于类似这种“新开一块CGContext来画图“的操作，有很多文章和视频也称之为“离屏渲染”。

注：通过CPU渲染就是俗称的“软件渲染”，而真正的离屏渲染发生在GPU，打开Xcode调试的“Color offscreen rendered yellow”开关，你会发现这片区域不会被标记为黄色，说明Xcode并不认为这属于离屏渲染。

2.什么情况会出现离屏渲染

1.离屏渲染：如果要在显示屏上显示内容，我们至少需要一块与屏幕像素数据量一样大的frame buffer，作为像素数据存储区域，而这也是GPU存储渲染结果的地方。如果有时因为面临一些限制，无法把渲染结果直接写入frame buffer，而是先暂存在另外的内存区域，之后再写入frame buffer，那么这个过程被称之为离屏渲染。
2.UIView与CALyer

官方
1.UIView继承UIResponder，可以处理系统传递过来的事件；遵守CALayerDelegate。每个UIView内部都有一个CALayer提供内容的绘制和显示
2.CALayer继承NSObject类，负责UIView提供内容的contents。CALayer有三个视图元素：背景色，内容，边框。其中内容的本质就是一个CGImage
3.设置layer.cornerRadius只会设置backgroundColor和border的圆角，不会设置content的圆角，除非同时设置了layer。masksToBounds为true（对应view中的clipsToBounds属性）

3.常⻅见触发离屏渲染的⼏几种情况:

• cornerRadius+clipsToBounds，原因就如同上面提到的，不得已只能另开一块内存来操作。而如果只是设置cornerRadius（如不需要剪切内容，只需要一个带圆角的边框），或者只是需要裁掉矩形区域以外的内容（虽然也是剪切，但是稍微想一下就可以发现，对于纯矩形而言，实现这个算法似乎并不需要另开内存），并不会触发离屏渲染。
• shadow，其原因在于，虽然layer本身是一块矩形区域，但是阴影默认是作用在其中”非透明区域“的，而且需要显示在所有layer内容的下方，因此根据画家算法必须被渲染在先。但矛盾在于此时阴影的本体（layer和其子layer）都还没有被组合到一起，怎么可能在第一步就画出只有完成最后一步之后才能知道的形状呢？这样一来又只能另外申请一块内存，把本体内容都先画好，再根据渲染结果的形状，添加阴影到frame buffer，最后把内容画上去（这只是我的猜测，实际情况可能更复杂）。不过如果我们能够预先告诉CoreAnimation（通过shadowPath属性）阴影的几何形状，那么阴影当然可以先被独立渲染出来，不需要依赖layer本体，也就不再需要离屏渲染了。
• group opacity，其实从名字就可以猜到，alpha并不是分别应用在每一层之上，而是只有到整个layer树画完之后，再统一加上alpha，最后和底下其他layer的像素进行组合。显然也无法通过一次遍历就得到最终结果。将一对蓝色和红色layer叠在一起，然后在父layer上设置opacity=0.5，并复制一份在旁边作对比。左边关闭group opacity，右边保持默认（从iOS7开始，如果没有显式指定，group opacity会默认打开），然后打开offscreen rendering的调试，我们会发现右边的那一组确实是离屏渲染了。

• mask，我们知道mask是应用在layer和其所有子layer的组合之上的，而且可能带有透明度，那么其实和group opacity的原理类似，不得不在离屏渲染中完成。

  
  mask 渲染过程

• UIBlurEffect，同样无法通过一次遍历完成，其原理在WWDC中提到：

  
  UIBlurEffect 渲染过程
• 光栅化（shouldRasterize）

光栅化使用建议
1.如果layer没有被复用，则没有必要开启光栅化
2.如果layer不是静态的，需要被频繁修改，比如处于动画之中，那么开启离屏缓存反而影响效率了
3.离屏换粗内容有时间限制，缓存内容100ms内如果没有被使用，那么他就会丢弃，无法复用了

4. 离屏缓存空间有限，超过2.5倍屏幕像素大小的话，也会失效，且无法进行复用

3.离屏渲染对性能的影响

GPU的操作是高度流水线化的。本来所有计算工作都在有条不紊地正在向frame buffer输出，此时突然收到指令，需要输出到另一块内存，那么流水线中正在进行的一切都不得不被丢弃，切换到只能服务于我们当前的“切圆角”操作。等到完成以后再次清空，再回到向frame buffer输出的正常流程。

4.性能检测和离屏渲染分析

• iOS的性能调试有许多方法，而官方提供的Instruments是一个强大的性能调试工具，可以分析如下功能：内存、核心动画、自动化、布局、网络等等，本文主要介绍一下利用Core Animation来分析应用的性能问题。
• 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

当然Debug还有其它的选项，来分析不同的性能问题，如有需求，请参考其它资料。

5.离屏渲染的优化方案

• 大量应用AsyncDisplayKit(Texture)作为主要渲染框架，对于文字和图片的异步渲染操作交由框架来处理。

• 对于图片的圆角，统一采用“precomposite”的策略，也就是不经由容器来做剪切，而是预先使用CoreGraphics为图片裁剪圆角
• 对于视频的圆角，由于实时剪切非常消耗性能，我们会创建四个白色弧形的layer盖住四个角，从视觉上制造圆角的效果
• 对于view的圆形边框，如果没有backgroundColor，可以放心使用cornerRadius来做
• 对于所有的阴影，使用shadowPath来规避离屏渲染
• 对于特殊形状的view，使用layer mask并打开shouldRasterize来对渲染结果进行缓存
• 对于模糊效果，不采用系统提供的UIVisualEffect，而是另外实现模糊效果（CIGaussianBlur），并手动管理渲染结果