一、Outline
本文将尝试从以下3个方面向你介绍CADisplayLink
- 从文档开始，了解
CADisplayLink相关属性和方法 - 开始上手，使用
CADisplayLink开发一个FPS监测工具 - 总结，遇到的问题
二、CADisplayLink官方文档
A timer object that allows your application to synchronize its drawing to the refresh rate of the display.
按苹果的文档，CADisplayLink 一个计时器对象，它允许你的应用将其图形绘制与显示的刷新率同步。（真拗口。。。）换句话讲，这个定时器对象，在每次屏幕刷新时都会回调一次。
三、Functions
init(target: Any, selector sel: Selector)
构造一个CADisplayLink实例，传入 target 和 selector, 注意CADisplayLink对target是强引用。
func add(to runloop: RunLoop, forMode mode: RunLoop.Mode)
在Runloop上, 以指定的 RunLoop.Mode 注册 CADisplayLink。
func remove(from runloop: RunLoop, forMode mode: RunLoop.Mode)
从Runloop上, 以指定的 RunLoop.Mode 移出 CADisplayLink。
func invalidate()
作废当前CADisplayLink， 调用此方法会移出Runloop 上所有已注册的Mode的 CADisplayLink，CADisplayLink会释放强引用的target. 此方法线程安全，意味着你直接可以在子线程调用这个方法。
四、Properties
var duration: CFTimeInterval { get }
每帧之间的时间间隔。 只读。例如iPhone现在每秒刷新60次，那么这个值就是 1000ms/60 = 16.7ms
var preferredFramesPerSecond: Int { get set }
设置帧率/s， 如 15帧/s ， 30帧/s
默认值为0, 当默认值时，帧率为屏幕的最大刷新率， 当前的iOS设备为60，以后iPhone有高刷版本时候，默认就是90，120.
var isPaused: Bool { get set }
是否暂停。 true时表示 暂停调用 target 的 selector。默认 false。线程安全。
var timestamp: CFTimeInterval { get }
上一帧渲染完成时间
var targetTimestamp: CFTimeInterval { get }
下一帧渲染完成时间，正常情况下，应该比 timestamp大 16.7ms
我可以使用这个值，取消或暂停一些耗时的操作。下面是一个例子，对一组数字求平方根，再对结果求和， 如果计算需要的时间过大，那么取消操作。
func createDisplayLink() {
let displayLink = CADisplayLink(target: self, selector: #selector(step))
displayLink.add(to: .main, forMode: .default)
}
func step(displayLink: CADisplayLink) {
var sqrtSum = 0.0
for i in 0 ..< Int.max {
sqrtSum += sqrt(Double(i))
//完成计算后，比较时间是否超过targetTimestamp,
if (CACurrentMediaTime() >= displayLink.targetTimestamp) {
// 如果特别耗时，则退出
print("break at i =", i)
break
}
}
}
五、应用场景
-
适合做UI的不停重绘，过渡相对流畅，无卡顿感
CADisplayLink得益于和显示器刷新率同频的特性，我们在它的回调内做绘制，动画将是相当顺滑，用户不会感知到任何卡顿。 弹幕效果，和水波纹动画都可以使用CADisplayLink成本较低得实现。
水波纹 非UI更新的场景，比如实现音量EasyIn、EasyOut效果
音乐播放类App在音乐切换时，平滑降低上一首音量，再平滑提高下一首音量，利用CADisplayLink的特性可以平滑实现相应的曲线效果。
六、FPSMonitor - FPS监测工具
FPS是应用程序用户体验考察的一个重要指标。FPS低于50，页面会出现卡顿，45以下会出现明显的卡顿，影响用户体验。日常开发工作中，在复杂Tableview视图等场景下，时常会出现页面卡顿，因此，有必要开发一个小工具，在产品回归测试阶段，做一次FPS检查。当然日后我们也会将这个 FPSMonitor 作为App debug工具一个常用子模块。
需求：
求一秒内页面帧数
已知：
-
CADisplayLink每秒默认刷新60次 - 如果出现掉帧，那么一秒内刷新将少于60次
思路:
- 在
CADisplayLink刷新时，记录一次时间timestamp； - 计数：统计
CADisplayLink刷新次数; - 每次刷新时，用当前硬件时间, 和之前记录的timestamp想比较，用以计算时差；
- 当 时差大于1时，计算一次FPS，那么 FPS = 刷新次数 / 时差
Code
见文末
使用
fpsMonitor.delegate = self
fpsMonitor.startMonitoring(inRunLoop: .main, mode: .default)
七、遇到哪些问题
问题1：页面滑动时，selector不再被调用
原因：iOS处理滑动时，Runloop 中 UIScrollView 的 mode 是 .eventTracking，会优先保证界面流畅，而 displaylink & timer 默认的 model是 .default，所以会出现被暂停。
解决办法：将 timer | displaylink 加到 .commen mode 中
回答为什么加到.commen之后就可以了，涉及到Runloop相关知识，这里就不展开了。大家可以参考耀总博文：深入理解RunLoop
问题2：循环引用问题
在OC中我们可以使用NSProxy转发消息，但是由于NSProxy是抽象类，在Swift中只能被继承而无法被实例化，我在FPSMonitor申明了一个内部类MonitorWeakProxy用来转发 CADisplayLink 中到 target的消息。
fileprivate class MonitorWeakProxy: NSObject {
weak var parentMonitor: FPSMonitor?
@objc func updateFromDisplayLink(_ displayLink: CADisplayLink) {
parentMonitor?.updateFromDisplayLink(displayLink)
}
}
如图：
FPSMonitor --strong--> CADisplayLink --strong--> Proxy --weak--> FPSMonitor
MonitorWeakProxy始终weak持有FPSMonitor的实例，从而打破引用链，避免循环引用。
代码：
//
// FPSMonitor.swift
// FPSMonitor
//
// Created by Halley on 3/28/21.
//
import Foundation
import UIKit
open class FPSMonitor: NSObject {
private var displayLink: CADisplayLink
private var runloop: RunLoop?
private var mode: RunLoop.Mode?
private var lastUpdateTime: CFTimeInterval = 0.0
private var numberOfFrames = 0
public var updateDelay: TimeInterval = 1.0
public weak var delegate: FPSMonitorDelegate?
override init() {
let monitorWeakProxy = MonitorWeakProxy()
displayLink = CADisplayLink(target: monitorWeakProxy, selector: #selector(MonitorWeakProxy.updateFromDisplayLink(_:)))
super.init()
monitorWeakProxy.parentMonitor = self
}
public func startMonitoring(inRunLoop runloop: RunLoop = .main, mode: RunLoop.Mode = .common) {
stopMonitoring()
self.runloop = runloop
self.mode = mode
displayLink.add(to: runloop, forMode: mode)
}
public func stopMonitoring() {
guard let runloop = self.runloop, let mode = self.mode else { return }
displayLink.remove(from: runloop, forMode: mode)
self.runloop = nil
self.mode = nil
}
private func updateFromDisplayLink(_ displayLink: CADisplayLink) {
if lastUpdateTime == 0.0 {
lastUpdateTime = CACurrentMediaTime()
return
}
numberOfFrames += 1
let currentTime = CACurrentMediaTime()
let timeInterval = currentTime - lastUpdateTime
if timeInterval >= self.updateDelay {
notifyUpdateForTimeInterval(timeInterval)
lastUpdateTime = 0.0
numberOfFrames = 0
}
}
private func notifyUpdateForTimeInterval(_ timeInterval: CFAbsoluteTime) {
let fps = round(Double(self.numberOfFrames) / timeInterval)
self.delegate?.fpsMonitor(self, didUpdateFramesPerSecond: Int(fps))
}
fileprivate class MonitorWeakProxy: NSObject {
weak var parentMonitor: FPSMonitor?
@objc func updateFromDisplayLink(_ displayLink: CADisplayLink) {
parentMonitor?.updateFromDisplayLink(displayLink)
}
}
}
public protocol FPSMonitorDelegate: NSObjectProtocol {
func fpsMonitor(_ counter: FPSMonitor, didUpdateFramesPerSecond fps: Int)
}
