Texture的异步渲染和布局引擎

探讨的几个点

• Texture的简介 （What）
• 为什么要使用Texture （Why）
• Texture的作者 （Who）
• Node的异步绘制如何实现 （How）
• Node的异步渲染（Runloop任务分发）如何实现 （How）
• Texture的布局引擎 （How）
• Texture的使用能带来什么收益 （How Much）

texture简介：

Texture（原名AsyncDisplayKit）是FaceBook开源的一款能够保持界面流畅的框架。建立在UIKit之上，可以保持最复杂的用户界面的流畅和响应。（smooth and responsive）

1.x版本
2.x版本

Texture整体架构

Texture

Node：对UIView和CALayer的抽象
Node Containers：node容器，负责加载渲染node
Layout Engineer：node布局

Texture节点容器与UIKit

节点容器

Texture节点子类与UIKit

节点子类

Texture节点子类继承树

继承树

为什么要使用Texture

• 布局计算、解码、绘制，异步并发执行
• Runloop任务分发（异步渲染）
• 声明式布局系统
• 图层预合成
• 深度优化列表性能（智能预加载）

Texture：图层预合成

有时一个 layer 会包含很多 sub-layer，而这些 sub-layer 并不需要响应触摸事件，也不需要进行动画和位置调整。ASDK 为此实现了一个被称为 pre-composing 的技术，可以把这些 sub-layer 合成渲染为一张图片。开发时，ASNode 已经替代了 UIView 和 CALayer；直接使用各种 Node 控件并设置为 layer backed 后，ASNode 甚至可以通过预合成来避免创建内部的 UIView 和 CALayer。

通过这种方式，把一个大的层级，通过一个大的绘制方法绘制到一张图上，性能会获得很大提升。CPU 避免了创建 UIKit 对象的资源消耗，GPU 避免了多张 texture 合成和渲染的消耗，更少的 bitmap 也意味着更少的内存占用。

图层预合成1.png
图层预合成2

Texture：智能预加载

所有节点都持有当前界面状态interfaceState，由ASRangeController控制属性值更新，在所有节点容器的内部创建和维护。

智能预加载

• Preload：节点还不可见，这时节点收集外部源（API或磁盘数据）
• Display：节点开始渲染，包括文本的光栅化以及图像解码等
• Visible：节点可见，在屏幕上至少拥有一个像素

Texture的作者

Scott Goodson

ASDK 的作者是 Scott Goodson ，他曾经在苹果工作，负责 iOS 的一些内置应用的开发，比如股票、计算器、地图、钟表、设置、Safari 等，当然他也参与了 UIKit framework 的开发。后来他加入 Facebook 后，负责 Paper 的开发，创建并开源了 AsyncDisplayKit。目前他在 Pinterest 和 Instagram 负责 iOS 开发和用户体验的提升等工作。

Node的异步绘制如何实现

UIKit的绘制机制图解

CALayer的display方法由系统调用，用来更新layer的内容，如果layer有delegate对象，那么display方法将尝试调用delegate的displayLayer:方法来更新layer的内容。如果delegate没有实现displayLayer:方法，则这个方法会创建一个backing store来保存原来的内容，然后调用layer的drawInContext:方法来填充back store。最后以新的backing store替换layer的先前内容达到更新layer的目的。通常UIKit中CALayer的delegate是UIView对象。

有两种方式来自定义CALayer的内容，一种是直接设置CALayer的contents属性来创建寄宿图；另一种是通过实现CALayer的delegate方法，可以用于直接对CALayer进行操作。

Node的异步绘制

UIKit
Texture

ASDisplayNode是整个Texture的基石，也是页面异步绘制的核心，其持有UIView和CALayer两种对象，均由node自己生成并管理。

异步绘制时序图
_ASDisplayLayer通过重写了CALayer的display方法来自定义CALayer的寄宿图属性。_ASDisplayLayer与ASDisplayNode的关系类似于CALayer与UIView的关系。

Node的异步绘制流程

1.获取node的displayBlock，也就是负责根据node的视图层级得到需要显示的内容的绘制任务。
2.生成Node绘制完成后的回调completeBlock。
3.根据displaysAsynchronously属性来判断是否需要异步绘制，如果是异步的，则将displayBlock提交至_ASAsyncTransaction中，否则立即执行displayBlock。

tips

Node的异步渲染

1.寻找Layer相关的ASAsyncTransaction。
2.将displayBlock和completeBlock添加至ASAsyncTransaction。
3.利用ASAsyncTransactionQueue进行调度。
4.mainRunloop在开始sleep和exit的时候提交ASAsyncTransaction。
5.ASAsyncTransaction在提交的时候回调completeBlock，完成layer寄宿图的赋值。
<ps：displayBlock执行不在主线程，completeBlock执行在主线程!>

底层信号驱动原理

信号驱动

iOS的显示系统由VSync信号驱动的，VSync信号由硬件时钟生成，每秒钟发出60次。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。

Runloop任务分发 ->CoreAnimation

CA在Runloop中注册了一个Observer，监听了BeforeWaiting和Exit事件，优先级低于其他Observer。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；这些操作最终会被CALayer捕获，并通过CATransaction提交到一个中间状态去。当上面的所有操作结束后，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CA注册的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，CA会通过CADisplayLink等机制多次触发相关流程。

Runloop任务分发->Texture

Texture在此处模拟了Core Animation的这个机制：所有针对ASNode的修改和提交，总有些任务是必须放入主线程执行的。当出现这种任务时，ASNode会把任务用ASAsyncTransaction(Group)封装并提交到一个全局的容器去。Texture也在Runloop中注册了一个Observer，监视的事件和CA一样，但优先级比CA要低。当Runloop进入休眠前、CA处理完事件后，Texture就会执行该loop内提交的所有任务。通过这种机制，Texture可以在合适的机会把异步、并发的操作同步到主线程去，并且能获得不错的性能。

Texture布局引擎

相对于AutoLayout

UIKit AutoLayout 在复杂的视图结构中，计算量会呈指数级增长，Texture的布局方案相对AutoLayout有以下优点：

• 快：Texture的布局计算和手写frame一样快
• 异步和并发：布局可以在后台线程上计算
• 声明式渲染：布局使用不可变的数据结构声明，实现一个layout视角从专注view之间的距离和约束，转变成划分和制定不同view子域的布局规则，抽象层级变高，使得布局代码更容易开发、维护
• 可缓存：如果布局是不变的，自动在后台预先计算并缓存
• 可拓展：在不同的类中使用相同的布局会变得很方便

Texture的布局系统

Texture自己定义了一套强大的automatic layout布局系统，这套布局系统基于CSS的Box Model，通过提出LayoutSpec概念，使得我们可以通过声明式的方法来定义布局。

layoutTable

<LayoutSpec> ：一种特殊的layoutTable，与node不同的是，它本质只是内存中的数据结构，用以辅助view的位置计算，绘制时不需要view来占位或者承载子元素。

布局系统

Texture布局规则&布局元素

• 布局规则：充当LayoutElements的容器，通过多个LayoutElements之间的关联，完成LayoutElements的位置排列，继承自ASLayoutSpec。

• 布局元素：所有的ASDisplayNode和ASLayoutSpec都遵守<ASLayoutElement>协议，可以通过两个Nodes和其他的LayoutSpecs，生成或者组合一个新的LayoutSpecs。<ASLayoutElement>协议及LayoutSpecs有一些属性用于创建非常复杂的布局。

  
  布局规则

Texture布局流程图

布局流程

Texture布局示例

示例

Texture布局调试

在任何ASDisplayNode或ASLayoutSpec上调用-asciiArtString都会返回该对象及其子项的字符图，也可以设置.debugName这样也会包含在字符图中。

调试

还可以在任何ASLayoutElement，比如Node和LayoutSpec上打印样式对象，调试.size属性。

console

声明式布局Demo链接：

https://ysw-hello@github.com/ysw-hello/TextureLayoutDemo.git

Texture所能带来的收益

• 异步绘制、异步渲染通过Runloop任务分发，优化复杂界面的主线程卡顿现象。
• 图层预合成、智能预加载的机制，对列表进行深度优化，使得体验与性能得到进一步的提升。
• 声明式布局方式，FlexBox布局特点，给iOS原生开发的布局模式带来一种新的布局思维，很新颖，很有特点。

Texture相关参考资料

• 官方文档：http://texturegroup.org/docs/getting-started.html
• 官方文档部分译文一：https://juejin.im/post/5a16acf56fb9a04509092ce5
• 官方文档部分译文二（布局系统）：https://juejin.im/post/5a1be41351882561a20a32e9#heading-17
• 即刻技术团队关于ASDK：
  一、https://zhuanlan.zhihu.com/p/25371361
  二、https://zhuanlan.zhihu.com/p/26283742
  三、https://zhuanlan.zhihu.com/p/29537687
• iOS 保持界面流畅的技巧：https://blog.ibireme.com/2015/11/12/smooth_user_interfaces_for_ios/
• ASDK源码剖析：http://beelearning.cn/2017/11/ASDK/
• 从 Auto Layout 的布局算法谈性能 ：https://draveness.me/layout-performance