十 离屏渲染

1. OpenGL中，GPU屏幕渲染有以下两种方式

On-Screen Rendering 当前屏幕渲染： 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 离屏渲染：
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

2.什么是离屏渲染

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如上图，要在屏幕上显示图3的ImageView，通常GPU的Render Server会遵循 “画家算法” 按秩序先渲染图1的那一层，然后渲染图2的那一层，最后渲染图3，渲染好后的每一层都会存入帧缓存区，然后按照次序绘制到屏幕，当绘制完一层，就会将该层从帧缓存区中移除（以节省空间）

当对图3显示需要进行圆角和裁剪：imageView.clipsToBounds = YES,imageView.layer.cornerRadius=4.0时，渲染完图1，图2，图3，绘制到屏幕上后，还要进行裁减，无法在某一层渲染完成之后，再回过头来擦除/改变其中的某个部分，所以不能按照正常的流程，因此苹果会先渲染好每一层，存入一个缓冲区中，即离屏缓冲区，然后经过层叠加和处理后，再存储到帧缓存去中，然后绘制到屏幕上，这种处理方式叫做离屏渲染

3.如何检测项⽬目中那些图层触发了了离屏渲染问题

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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。

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上述代码，可以看到1和3产生了离屏渲染

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4. 离屏渲染有哪些问题

• 内存开支：开辟离屏缓冲区（大小不超过2.5倍屏幕像素大小）
• 时间和性能开支：从离屏缓冲区拷贝数据到帧缓冲区，上下文切换耗性能

5. 为什么要要使用离屏渲染

1. 用户需要特殊的渲染效果：使用额外的离屏缓冲区（offscreen butter)保存中间状态，最后叠加、处理后绘制在屏幕上，这样就不得不使用离屏渲染
2. 效率优势：需要多次使用的效果，提前渲染存入离屏缓冲区，然后复用来提高效率

6. 常见离屏渲染的几种情况

1) 使用了 mask 的 layer (layer.mask)

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,只有到整个layer树画完之后，再统一加上mask，最后和底下其他layer的像素进行组合

2) 需要进行裁剪的 layer (layer.masksToBounds / view.clipsToBounds)

layer包含有三层：border，content，background

如果只是设置clipsToBounds或者不会触发离屏渲染，clipsToBounds之后作用在backgroundColor和border上，content上不会有圆角，只有同时设置了clipsToBounds和masksToBounds,并且contents有内容或者内容的背景不是透明的才会触发离屏渲染，并实现content圆角裁减

注：view.clipsToBounds对应layer.cornerRadius

3) 设置了组透明度为 YES，并且透明度不为 1 的 layer (layer.allowsGroupOpacity/ layer.opacity)

CALayer的allowsGroupOpacity属性，UIView 的alpha属性等同于 CALayer opacity属性。GroupOpacity=YES，子layer 在视觉上的透明度的上限是其父 layer 的opacity。

当父视图的layer.opacity != 1.0时，会开启离屏渲染，opacity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opacity，最后和底下其他layer的像素进行组合

当父视图的layer.opacity == 1.0时，父视图不用管子视图，只需显示当前视图即可。

为了让子视图与父视图保持同样的透明度，从 iOS 7 以后默认全局开启了这个功能。我们可以设置layer的opacity值为YES，减少复杂图层合成

4) 添加了投影的 layer (layer.shadow)

layer本身是一块矩形区域，阴影会作用在所有子layer所组成的形状上，只能等全部子layer画完才能得到阴影，当阴影的图形本身（layer和其子layer）都还没有被组合到一起是不能确定阴影的形状和渲染，我们只能另外申请一块内存，把图形本身先画好，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。

如果我们能够预先告诉CoreAnimation（通过shadowPath属性）阴影的几何形状，那么阴影可以先被独立渲染出来，不需要依赖layer图形本身，就不需要离屏渲染了，因此可以通过设置shadowPath来优化性能

5) 采用了光栅化的 layer (layer.shouldRasterize)

如果layer的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

使用光栅化时，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。

使用注意：

• 如果layer不能被复用，则不必打开光栅化
• 如果layer不是静态的，需要被频繁修改，如处于动画中，那开启离屏渲染反而会影响效率
• 离屏渲染缓存内容有时间限制，缓存内容100ms内没有被使用，那么它就会丢弃，无法进行复用了
• 离屏渲染缓存空间有限，不能超过2.5倍屏幕像素大小

6) 绘制了文字的 layer (UILabel, CATextLayer, Core Text 等)

7) 使用高斯模糊（毛玻璃）效果

iOS的控制屏幕显示推送通知页面或者UIVisualEffectView

8） edge antialiasing（抗锯齿）

设置 allowsEdgeAntialiasing 属性为YES(默认为NO)

7. iOS中实现圆角的几种方式

View的layer层参数

/* 设置圆角半径 */
view.layer.cornerRadius = 5;
/* 将边界以外的区域遮盖住 */
view.layer.masksToBounds = YES;

当需要圆角效果时，可以使用一张中间透明图片蒙上去

为UIImage类扩展一个实例函数，仿YYImage做法

- (UIImage *)imageWithCornerRadius:(CGFloat)radius ofSize:(CGSize)size{
    /* 当前UIImage的可见绘制区域 */
    CGRect rect = (CGRect){0.f,0.f,size};
    /* 创建基于位图的上下文 */
    UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(size, NO, UIScreen.mainScreen.scale);
    /* 在当前位图上下文添加圆角绘制路径 */
    CGContextAddPath(UIGraphicsGetCurrentContext(), [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:rect cornerRadius:radius].CGPath);
    /* 当前绘制路径和原绘制路径相交得到最终裁剪绘制路径 */
    CGContextClip(UIGraphicsGetCurrentContext());
    /* 绘制 */
    [self drawInRect:rect];
    /* 取得裁剪后的image */
    UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    /* 关闭当前位图上下文 */
    UIGraphicsEndImageContext();
    return image;
}

使用时，对图片进行圆角处理

UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc] initWithFrame:CGRectMake(10, 10, 100, 100)];
/* 创建并初始化UIImage */
UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"icon"];
/* 添加圆角矩形 */
image = [image imageWithCornerRadius:50 ofSize:imageView.frame.size];
[imageView setImage:image];

YYImage的处理如下：

- (UIImage *)yy_imageByRoundCornerRadius:(CGFloat)radius 
 corners:(UIRectCorner)corners 
 borderWidth:(CGFloat)borderWidth 
 borderColor:(UIColor *)borderColor 
 borderLineJoin:(CGLineJoin)borderLineJoin { 
 if (corners != UIRectCornerAllCorners) { 
 UIRectCorner tmp = 0; 
 if (corners & UIRectCornerTopLeft) tmp |= UIRectCornerBottomLeft; 
 if (corners & UIRectCornerTopRight) tmp |= UIRectCornerBottomRight; 
 if (corners & UIRectCornerBottomLeft) tmp |= UIRectCornerTopLeft; 
 if (corners & UIRectCornerBottomRight) tmp |= UIRectCornerTopRight; 
 corners = tmp; 
 } 
 UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(self.size, NO, self.scale); 
 CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); 
 CGRect rect = CGRectMake(0, 0, self.size.width, self.size.height); 
 CGContextScaleCTM(context, 1, -1); 
 CGContextTranslateCTM(context, 0, -rect.size.height); 
 CGFloat minSize = MIN(self.size.width, self.size.height); 
 if (borderWidth < minSize / 2) { 
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:CGRectInset(rect, borderWidth, borderWidth) byRoundingCorners:corners 
cornerRadii:CGSizeMake(radius, borderWidth)]; 
 [path closePath]; 
 CGContextSaveGState(context); 
 [path addClip]; 
 CGContextDrawImage(context, rect, self.CGImage); 
 CGContextRestoreGState(context); 
 } 
 if (borderColor && borderWidth < minSize / 2 && borderWidth > 0) { 
 CGFloat strokeInset = (floor(borderWidth * self.scale) + 0.5) / self.scale; 
 CGRect strokeRect = CGRectInset(rect, strokeInset, strokeInset); 
 CGFloat strokeRadius = radius > self.scale / 2 ? radius - self.scale / 2 : 0; 
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:strokeRect byRoundingCorners:corners cornerRadii:CGSizeMake(strokeRadius, 
borderWidth)]; 
 [path closePath]; 
 path.lineWidth = borderWidth; 
 path.lineJoinStyle = borderLineJoin; 
 [borderColor setStroke]; 
}

Core Graphics方式
用贝塞尔曲线UIBezierPath和Core Graphics框架画出一个圆角

UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(100,100,100,100)];

imageView.image = [UIImage imageNamed:@"xx"];

//开始对imageView进行画图

UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(imageView.bounds.size,NO,1.0);

//使用贝塞尔曲线画出一个圆形图

[[UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:imageView.bounds cornerRadius:imageView.frame.size.width] addClip];

[imageView drawRect:imageView.bounds];

imageView.image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();

//结束画图

UIGraphicsEndImageContext();

[self.view addSubview:imageView];

CAShapeLayer 方式

使用CAShapeLayer(属于CoreAnimation)与贝塞尔曲线可以实现不在view的drawRect方法中画出一些想要的图形，CAShapeLayer动画渲染直接提交GPU当中，相较于view的drawRect方法使用CPU渲染而言，其效率高，能大大优化内存使用

UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(100, 100, 100, 100)]; 
imageView.image = [UIImage imageNamed:@"myImg"]; 
UIBezierPath *maskPath = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:imageView.bounds byRoundingCorners:UIRectCornerAllCorners cornerRadii:imageView.bounds.size];
CAShapeLayer *maskLayer = [[CAShapeLayer alloc]init]; 
//设置大小 
maskLayer.frame = imageView.bounds; 
//设置图形样子 
maskLayer.path = maskPath.CGPath;
imageView.layer.mask = maskLayer; 
[self.view addSubview:imageView];

参考：关于iOS离屏渲染的深入研究