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异步绘制

异步绘制

作者: natewang | 来源:发表于2018-05-23 20:27 被阅读13次

    异步绘制

    在子线程中绘制Core Graphic对象,最后再回到主线程中设置layer.contents内容。

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

    文字的绘制也是相同的。
    但是,异步绘制会带来很多复杂度。你需要实现取消绘制的过程。你还需要限制异步操作的最大数目。特别是UITableViewCell时候,这个cell可能已经被复用了。

    离屏渲染

    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。

    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。

    设置cornerRadius, masks, shadows,edge antialiasing等
    设置layer.shouldRasterize = YES 都会触发

    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。

    光栅化的优点是复用,把GPU的渲染缓存下来。缺点是使用不当,缓存无法命中,导致的低效。

    • 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。

    渲染理论

    通常来说,计算机系统中 CPU、GPU、显示器是以上面这种方式协同工作的。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 信号如下图1-4所示,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。

    通常来说,计算机系统中 CPU、GPU、显示器是以上面这种方式协同工作的。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 信号如下图1-4所示,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。

    在 VSync 信号到来后,系统图形服务会通过 CADisplayLink 等机制通知 App,App 主线程开始在 CPU 中计算显示内容,比如视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等。随后 CPU 会将计算好的内容提交到 GPU 去,由 GPU 进行变换、合成、渲染。随后 GPU 会把渲染结果提交到帧缓冲区去,等待下一次 VSync 信号到来时显示到屏幕上。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。从上图中可以看到,CPU 和 GPU 不论哪个阻碍了显示流程,都会造成掉帧现象。所以开发时,也需要分别对 CPU 和 GPU 压力进行评估和优化。

    OS 的显示系统是由 VSync 信号驱动的,VSync 信号由硬件时钟生成,每秒钟发出 60 次(这个值取决设备硬件,比如 iPhone 真机上通常是 59.97)。iOS 图形服务接收到 VSync 信号后,会通过 IPC 通知到 App 内。App 的 Runloop 在启动后会注册对应的 CFRunLoopSource 通过 mach_port 接收传过来的时钟信号通知,随后 Source 的回调会驱动整个 App 的动画与显示。

    Core Animation 在 RunLoop 中注册了一个 Observer,监听了 BeforeWaiting 和 Exit 事件。当一个触摸事件到来时,RunLoop 被唤醒,App 中的代码会执行一些操作,比如创建和调整视图层级、设置 UIView 的 frame、修改 CALayer 的透明度、为视图添加一个动画;这些操作最终都会被 CALayer 标记,并通过 CATransaction 提交到一个中间状态去。当上面所有操作结束后,RunLoop 即将进入休眠(或者退出)时,关注该事件的 Observer 都会得到通知。这时 Core Animation 注册的那个 Observer 就会在回调中,把所有的中间状态合并提交到 GPU 去显示;如果此处有动画,通过 DisplayLink 稳定的刷新机制会不断的唤醒runloop,使得不断的有机会触发observer回调,从而根据时间来不断更新这个动画的属性值并绘制出来。

    为了不阻塞主线程,Core Animation 的核心是 OpenGL ES 的一个抽象物,所以大部分的渲染是直接提交给GPU来处理。 而Core Graphics/Quartz 2D的大部分绘制操作都是在主线程和CPU上同步完成的,比如自定义UIView的drawRect里用CGContext来画图。

    2.2渲染时机

    上面已经提到过:Core Animation 在 RunLoop 中注册了一个 Observer 监听 BeforeWaiting(即将进入休眠) 和 Exit (即将退出Loop) 事件 。当在操作 UI 时,比如改变了 Frame、更新了 UIView/CALayer 的层次时,或者手动调用了 UIView/CALayer 的 setNeedsLayout/setNeedsDisplay方法后,这个 UIView/CALayer 就被标记为待处理,并被提交到一个全局的容器去。当Oberver监听的事件到来时,回调执行函数中会遍历所有待处理的UIView/CAlayer 以执行实际的绘制和调整,并更新 UI 界面。

    _ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv()
        QuartzCore:CA::Transaction::observer_callback:
            CA::Transaction::commit();
                CA::Context::commit_transaction();
                    CA::Layer::layout_and_display_if_needed();
                        CA::Layer::layout_if_needed();
                              [CALayer layoutSublayers];
                              [UIView layoutSubviews];
                        CA::Layer::display_if_needed();
                              [CALayer display];
                              [UIView drawRect];
    

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