如图，Core Animation位于AppKit和UIKit的底层。它被紧密的集成到了Cocoa和Cocoa Touch视图工作流中。虽然被紧密的集成，Core Animation也存在扩展功能的接口，这些接口暴露给了应用的视图。使用这些接口能让你更好地控制应用中的动画。
Core Animation是一个复合引擎，自身并不是一个绘图系统。它只是一个负责在硬件上合成和操纵应用内容的基础构件。Core Animation的核心是图层对象，图层对象用于管理和操控你的应用内容。图层将捕获的内容放到一副位图中，图形硬件能够非常容易的操控你的位图。在大部分应用中，图层被作为一种管理视图内容的方式。
UIKit
UIKit是一组Objective-C API，为线条图形、Quartz图像和颜色操作提供Objective-C 封装，并提供2D绘制、图像处理及用户接口级别的动画。UIKit包括UIBezierPath（绘制线、角度、椭圆及其它图形）、UIImage（显示图像）、UIColor（颜色操作）、UIFont和UIScreen（提供字体和屏幕信息）等类以及在位图图形环境、PDF图形环境上进行绘制和 操作的功能等, 也提供对标准视图的支持，也提供对打印功能的支持。UIKit中UIView类本身在绘制时自动创建一个图形环境（对应Core Graphics层的CGContext类型）作为当前的图形绘制环境。在绘制时可以调用UIGraphicsGetCurrentContext 函数获得当前的图形环境。
Core Graphics
Core Graphics基于Quartz高级绘图引擎，驱动GPU时，需要依赖于OpenGL/Metal.主要用于运行时绘制图像。开发者可以使用此框架来处理基于路径的绘图，转换，颜色管理，离屏渲染，图案，渐变和阴影，图像数据管理，图像创建和图像遮罩以及PDF文档创建，显示和分析。
当开发者需要在运行时创建图像时，可以使用Core Graphics去绘制。与之相对的是运行前创建图像，例如用Photoshop提前做好图片素材直接导入应用。相比之下，我们更需要Core Graphics去在运行时实时计算、绘制一系列图像帧来实现动画。
Core Image
Core Image与Core Graphics恰恰相反，Core Graphics用于在运行时创建图像，而Core Image用于处理运行前创建的图像。Core Image框架拥有一系列现成的图像过滤器，能对一寸照的图像进行高效的处理。
大部分情况下，Core Image会在GPU中完成工作，如果GPU忙，会使用CPU进行处理。
OpenGL ES
OpenGL ES是OpenGL的子集。在图形渲染原理一文中提到过OpenGL是一套第三方标准，函数的内部实现由对应的GPU厂商开发实现。
UIView
在iOS中，所有的视图都是从UIView这个基类派生而来的，UIView可以处理用户触摸事件，可以支持基于Core Graphics绘图，可以支持仿射变换（旋转、缩放等），可以支持类似于滑动、渐变等动画。
CALayer
CALayer在概念上同UIView有些类似，同样也是被层级关系树管理的矩形块，也可以包含一些内容（图片、文字、背景色），也可以管理子图层，有一些方法和属性用来做动画和变换。
那么为什么CALayer可以呈现可视化内容呢？因为CALayer基本等同于一个纹理。纹理是GPU进行图像渲染的重要依据。在图形渲染原理中提到纹理本质上就是一张图片，因此CALayer也包含一个contents属性指向一块缓存区，称为backing store，可以存放位图(Bitmap)。iOS中将该缓存区保存的图片称为寄宿图
平行的层级关系
1、每一个视图都有一个CALayer实例的图层属性，视图的职责就是：创建并管理这个图层，以确保子视图在视图的层级关系中被添加或者移除时，对应的图层在“层级关系树中” 有相同的操作。
那为什么要基于UIView和CALayer提供两个平行的层级关系？
职责分离
UIView 与UILayer区别
UIView 主要负责视图与用户的交互，uiview继承于UIResponder，真正的内容显示是通过UIView里面的图层CALayer来完成的（没有交互能力），并且CALayer直接继承 NSObject。
不同的图层树反映了不同的动画状态
使用Core Animation的app拥有三个图层对象集合。每一个图层对象集合在呈现app内容上都扮演着不同的角色。
Ø模型图层树中的对象（或简称“图层树”）用的最多。在这个树中的对象是模型对象，模型对象负责存储所有动画的目标值。无论何时改变图层的属性值，你使用的始终是某一个模型对象。
Ø呈现树中的对象包含所有运行中的动画的瞬时值。图层树对象包含的是动画的目标值，而呈现树中的对象代表显示在屏幕上动画的当前值。你不应该更改这个树中的对象。相反，你使用这些对象来读取当前动画的值，可能用于创建开始于这些值的新的动画。
Ø在渲染树中的对象执行实际的动画，并且对Core Animation是不公开的。
Core Animation 流水线
介绍一下Core Animation流水线的工作原理：
在 iOS上，动画和视图的渲染其实是在另外一个进程做的（下面我们叫这个进程 render server），在 iOS 5 以前这个进程叫 SpringBoard，在 iOS 6 之后叫 BackBoard。
App通过IPC将渲染任务及相关数据提交给Render Server。Render Server处理完数据后，再传递至GPU。最后由GPU调用iOS的图像设备进行显示。
Core Animation流水线的详细过程如下：
· 首先，由app处理事件（Handle Events），如：用户点击操作，在此过程中app可能需要更新视图树，相应地，图层树也会被更新。
· 其次，app通过CPU完成对显示内容的计算，如：视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等。在完成对现实内容的计算之后，app对图层进行打包，并在下一次RunLoop时将其发送至Render Server，即完成了一次commit Transaction操作。
· Render Server主要执行OpenGL、Core Graphics相关程序，并调用GPU。
· GPU则在物理层上完成了对图像的渲染。
· 最终，GPU通过Frame Buffer、视频控制器等相关部件，将图像显示在屏幕上。
对上述步骤进行串联，他们执行所消耗的时间圆圆超过16.67ms，因此为了满足对屏幕的60FPS刷新率的支持，需要将这些步骤进行分解，通过流水线的方式并行执行
Commit Transaction
在Core Animation流水线中，app调用Render Server前的最后一步Commit Transaction其实可以细分为4个步骤：
· Layout: 构建视图布局如addSubview等操作
· Display: 重载drawRect:进行时图绘制，该步骤使用CPU与内存
· Prepare: 主要处理图像的解码与格式转换等操作
· Commit: 将Layer递归打包并发送到Render Server
Render Server
负责渲染工作，会解析上一步Commit Transaction中提交的信息并反序列化成渲染树（render tree)，随后根据layer的各种属性生成绘制指令，并在下一次VSync信号到来时调用OpenGL进行渲染。
GPU
GPU会等待显示器的VSync信号发出后才进行OpenGL渲染管线，将3D几何数据转化成2D的像素图像和光栅处理，随后进行新的一帧的渲染，并将其输出到缓冲区。
Dispaly
从缓冲区中取出画面，并输出到屏幕上。
动画渲染原理
iOS动画的渲染也是基于上述Core Animation流水线完成的。这里我们重点关注app与Render Server的执行流程。
日常开发中，如果不是特别的复杂动画，一般使用UIViewAnimation实现，iOS将其处理过程分为如下三部阶段：
· Step1：调用animationWithDuration:animations:方法
· Step2：在Animation Block中进行Layout，Display，Prepare，Commit等步骤。
· Step3：Render Server根据Animation逐帧进行渲染。
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