离屏渲染?

Core Animation工具用来监测Core Animation性能。它给我们提供了周期性的FPS，并且考虑到了发生在程序之外的动画（见图12.4）

Core Animation工具提供了一系列复选框选项来帮助调试渲染瓶颈：

Color Blended Layers（混合和过度绘制）

- 这个选项基于渲染程度对屏幕中的混合区域进行绿到红的高亮（也就是多个半透明图层的叠加）。由于重绘的原因，混合对GPU性能会有影响，同时也是滑动或者动画帧率下降的罪魁祸首之一。

GPU每一帧可以绘制的像素有一个最大限制（就是所谓的fill rate），这个情况下可以轻易地绘制整个屏幕的所有像素。但是如果由于重叠图层的关系需要不停地重绘同一区域的话，掉帧就可能发生了。

GPU会放弃绘制那些完全被其他图层遮挡的像素，但是要计算出一个图层是否被遮挡也是相当复杂并且会消耗处理器资源。同样，合并不同图层的透明重叠像素（即混合）消耗的资源也是相当客观的。所以为了加速处理进程，不到必须时刻不要使用透明图层。任何情况下，你应该这样做：

给视图的backgroundColor属性设置一个固定的，不透明的颜色

设置opaque属性为YES

如果用到了图像，尽量避免透明除非非常必要。如果图像要显示在一个固定的背景颜色或是固定的背景图之前，你没必要相对前景移动，你只需要预填充背景图片就可以避免运行时混色了。

如果是文本的话，一个白色背景的UILabel（或者其他颜色）会比透明背景要更高效。

Color Offscreen-Rendered Yellow（离屏渲染）

- 这里会把那些需要离屏渲染的图层高亮成黄色。这些图层很可能需要用shadowPath或者shouldRasterize来优化。

当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时，屏幕外渲染就被唤起了。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）。图层的以下属性将会触发屏幕外绘制：

1、圆角（当和maskToBounds一起使用时）

2、图层蒙板

3、阴影

屏幕外渲染和我们启用光栅化时相似，除了它并没有像光栅化图层那么消耗大，子图层并没有被影响到，而且结果也没有被缓存，所以不会有长期的内存占用。但是，如果太多图层在屏幕外渲染依然会影响到性能。

有时候我们可以把那些需要屏幕外绘制的图层开启光栅化以作为一个优化方式，前提是这些图层并不会被频繁地重绘。

对于那些需要动画而且要在屏幕外渲染的图层来说，你可以用CAShapeLayer，contentsCenter或者shadowPath来获得同样的表现而且较少地影响到性能。

ColorHitsGreenandMissesRed（光栅化缓存图层命中情况）

- 当使用shouldRasterizep属性的时候，耗时的图层绘制会被缓存，然后当做一个简单的扁平图片呈现。当缓存再生的时候这个选项就用红色对栅格化图层进行了高亮。如果缓存频繁再生的话，就意味着栅格化可能会有负面的性能影响了。

光栅化

启用shouldRasterize属性会将图层绘制到一个屏幕之外的图像。然后这个图像将会被缓存起来并绘制到实际图层的contents和子图层。如果有很多的子图层或者有复杂的效果应用，这样做就会比重绘所有事务的所有帧划得来得多。但是光栅化原始图像需要时间，而且还会消耗额外的内存。

当我们使用得当时，光栅化可以提供很大的性能优势，但是一定要避免作用在内容不断变动的图层上，否则它缓存方面的好处就会消失，而且会让性能变的更糟。

Color Copied Images（拷贝的图片）

- 有时候寄宿图片的生成意味着Core Animation被强制生成一些图片，然后发送到渲染服务器，而不是简单的指向原始指针。这个选项把这些图片渲染成蓝色。复制图片对内存和CPU使用来说都是一项非常昂贵的操作，所以应该尽可能的避免。

Color Immediately

- 通常Core Animation Instruments以每毫秒10次的频率更新图层调试颜色。对某些效果来说，这显然太慢了。这个选项就可以用来设置每帧都更新（可能会影响到渲染性能，而且会导致帧率测量不准，所以不要一直都设置它）。

Color Misaligned Images（图片的不正常缩放）

- 这里会高亮那些被缩放或者拉伸以及没有正确对齐到像素边界的图片（也就是非整型坐标）。这些中的大多数通常都会导致图片的不正常缩放，如果把一张大图当缩略图显示，或者不正确地模糊图像，那么这个选项将会帮你识别出问题所在。

Color OpenGL Fast Path Blue

- 这个选项会对任何直接使用OpenGL绘制的图层进行高亮。如果仅仅使用UIKit或者Core Animation的API，那么不会有任何效果。如果使用GLKView或者CAEAGLLayer，那如果不显示蓝色块的话就意味着你正在强制CPU渲染额外的纹理，而不是绘制到屏幕。

Flash Updated Regions（Core Graphics绘制的图层）

- 这个选项会对重绘的内容高亮成黄色（也就是任何在软件层面使用Core Graphics绘制的图层）。这种绘图的速度很慢。如果频繁发生这种情况的话，这意味着有一个隐藏的bug或者说通过增加缓存或者使用替代方案会有提升性能的空间。

一、概念理解

OpenGL中，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。

二、离屏渲染的是是非非

相比于当前屏幕渲染，离屏渲染的代价是很高的，主要体现在两个方面：

创建新缓冲区

要想进行离屏渲染，首先要创建一个新的缓冲区。

上下文切换

离屏渲染的整个过程，需要多次切换上下文环境：先是从当前屏幕（On-Screen）切换到离屏（Off-Screen）；等到离屏渲染结束以后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上有需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕。而上下文环境的切换是要付出很大代价的。

三、离屏渲染触发方式

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）

edge antialiasing（抗锯齿）

group opacity（不透明）

需要注意的是，如果shouldRasterize被设置成YES，在触发离屏绘制的同时，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。这将在很大程度上提升渲染性能。

而其它属性如果是开启的，就不会有缓存，离屏绘制会在每一帧都发生。

四、另一种特殊的“离屏渲染”

按照之前的说法，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。

五、Instruments

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。

六、如何抉择

现在摆在我们面前得有三个选择：当前屏幕渲染、离屏渲染、CPU渲染，该用哪个呢？这需要根据具体的使用场景来决定。

尽量使用当前屏幕渲染

鉴于离屏渲染、CPU渲染可能带来的性能问题，一般情况下，我们要尽量使用当前屏幕渲染。

离屏渲染 VS CPU渲染

由于GPU的浮点运算能力比CPU强，CPU渲染的效率可能不如离屏渲染；但如果仅仅是实现一个简单的效果，直接使用CPU渲染的效率又可能比离屏渲染好，毕竟离屏渲染要涉及到缓冲区创建和上下文切换等耗时操作。

总之，具体的选择应该由性能测试结果来决定。

七、写在最后

在赵岩同学的点拨下才理解了离屏渲染的概念，在此表示感谢！

如理解有误还请大家指出。

参考文档

Getting Pixels onto the Screen(中文翻译版：绘制像素到屏幕上)

Designing for iOS: Graphics & Performance(中文翻译版：iOS图形处理和性能)

a performance minded take on ios design(中文翻译版：iOS离屏绘制的性能和机制分析)