iOS图像显示原理和卡顿优化

图像显示原理

图像显示原理.png

CPU和GPU通过总线连接,CPU中计算出的往往是bitmap位图,通过总线由合适的时机传递给GPU,GPU拿到位图后,渲染到帧缓存区FrameBuffer,然后由视频控制器根据vsync信号在指定时间之前去帧缓冲区提取内容,显示到屏幕上。

CPU和GPU分工.png
  • CPU所有工作:


    CPU所有工作.png

    1.Layout:UI布局,文本计算(size)
    2.Display:绘制过程,比如drawRect
    3.Prepare:图片编解码
    4.Commit:提交位图到GPU总线

  • GPU所有工作:

GPU所有工作.png


UI卡顿、掉帧原因
屏幕快照 2018-05-04 17.40.25.png

在规定的16.7ms内,在下一个VSync信号到来之前,CPU和GPU并没有共同完成下一帧视频的合成,就会出现掉帧、卡顿。

滑动优化方案思路:
  • CPU:
    1.对象的创建、调整、销毁可以放在子线程中去做ASDK;
    2.预排班。布局计算、文本计算等事先放到子线程中去做;
    3.使用轻量级对象,比如CALayer代替UIView
    4.预渲染。文本等异步绘制,图片编解码等。
    5.控制并发线程数量
    6.减少重复计算布局,减少修改frame等
    7.autolayout比frame更消耗资源
    8.可以让图片的size跟frame一致

  • GPU:
    1.纹理渲染。避免离屏渲染
    2.视图混合。减少视图层级的复杂性,减少透明视图;不透明的opaque设置为YES
    3.GPU能处理的最大纹理是4096 * 4096,一旦超过这个尺寸就会调用CPU进行资源处理,所以纹理尽量不要超过这个尺寸



UIView的绘制原理
UIView的绘制原理.png

当我们调用UIView的setNeedsDisplay的方法时候,会调用layer的同名方法,相当于在当前layer打上绘制标记,在当前runloop将要
结束的时候,才会调用CALayer的display方法进入到真正的绘制当中。

CALayer的display方法中,首先会判断layer的delegate方法displayLayer:是否实现,如果代理没有响应这个方法,则进入到系统绘制流程;如果代理响应了这个方法,则进入到异步绘制流程 :

1. 系统绘制流程

系统绘制流程.png

在CALayer内部,系统会创建一个backingStore(可以理解为CGContextRef,drawRect中取到的currentRef就是这个东西),然后layer回判断是否有delegate,如果没有代理,就调用CALayer的drawInContext:方法;如果有代理,则调用layer代理的drawLayer:inContext:方法,这一步发生在系统内部,然后在合适的时间给与我们回调一个熟悉的UIView的drawRect:方法。也就是在系统内部的绘制之上,允许我们再做一些额外的绘制。最后CALayer把backting store(位图)传给GPU。

2. 异步绘制流程
屏幕快照 2018-05-04 18.19.39.png

layer的delegate如果实现了displayLayer:方法,就会进入到异步绘制的流程。在异步绘制的过程中,需要代理来生成对应的bitmap位图文件,并把此bitmap作为layer的contents属性

屏幕快照 2018-05-04 18.24.14.png

如果用户调用了setNeedsDisplay方法后,在当前runloop将要结束的时候,会由系统调用对应layer的display 方法。如果此layer的代理实现了displayLayer:方法,则会调用此代理的displayLayer:方法,并切换到子线程中去做位图的绘制。子线程通过CoreGraphic的一系列API创建位图并把位图赋值给CALayer的contents。



离屏渲染和在屏渲染:

  • 在屏渲染: 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

  • 离屏渲染:指的是GPU在当前屏幕缓冲区以为新开辟一个缓冲区就行渲染操作

什么是离屏渲染:

当我们指定了UI视图的某些属性,标记为他在预合成之前不能用于直接在当前屏幕上显示的时候,就会触发离屏渲染。 而离屏渲染,起源于GPU层面,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。

何时会触发离屏渲染:
1.设置图层圆角的时候,且跟maskToBounds或者clipToBounds同时使用;
2.设置图层蒙版
3.阴影
4.光栅化
为何要避免离屏渲染:

离屏渲染是发生在GPU层面上,离屏渲染触发了OpenGL的多通道渲染管线,创建了新的渲染缓冲区,且有上下文切换,增加了额外开销。增加了GPU工作量,就可能会使CPU和GPU加起来的工作总耗时超过了16.7ms,就会导致UI的卡顿和掉帧。

结合文章:
https://juejin.im/post/5ace078cf265da23994ee493
https://github.com/bestswifter/blog/blob/master/articles/ios-rounded-corner.md
图片处理:http://www.cocoachina.com/ios/20181015/25174.html

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