iOS绘制与渲染--离屏渲染

离屏渲染介绍

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。

设置了图层的以下属性时,都会触发离屏渲染:

  • shouldRasterize(光栅化)
  • masks(遮罩)
  • shadows(阴影)
  • edge antialiasing(抗锯齿)
  • group opacity(组透明)
  • cornerRadius+maskToBounds(圆角)

当使用圆角、阴影、遮罩的时候,最终的图层效果在未预合成之前不能直接在屏幕中绘制,所以就需要屏幕外渲染被唤起--离屏渲染。

当使用离屏渲染的时候会很容易造成性能消耗,因为屏幕外缓冲区跟当前屏幕缓冲区上下文切换是很耗性能的。离屏渲染会导致GPU利用率不到100%,帧率却很低(切换上下文会产生idle time)。

渲染过程--遮罩(Mask)

  1. 渲染layer的mask纹理;
  2. 渲染layer的content纹理;
  3. Compositing操作,合并1、2的纹理;

渲染过程--高斯模糊

使用UIBlurEffect,应该是尽可能小的view,因为性能消耗巨大。

光栅化

把视图的内容渲染成纹理并缓存,可以通过CALayer的shouldRasterize属性开启光栅化。注意,光栅化的元素,总大小限制为2.5倍的屏幕。更新内容时,会启用离屏渲染,所以更新代价较大,只能用于静态内容;而且如果光栅化的元素100ms没有被使用将被移除,故而不常用元素的光栅化并不会优化显示。

组透明度

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;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。

性能优化

这个是WWDC推荐的检查项目:

1、帧率一般在多少?
60帧每秒;(TimeProfiler)

2、是否存在CPU和GPU瓶颈? (查看占有率)
更少的使用CPU和GPU可以有效的保存电量;

3、额外的使用CPU来进行渲染?
重写了drawRect会导致CPU渲染;在CPU进行渲染时,GPU大多数情况是处于等待状态;

4、是否存在过多离屏渲染?
越少越好;离屏渲染会导致上下文切换,GPU产生idle;

5、是否渲染过多视图?
视图越少越好;透明度为1的视图更受欢迎;

6、使用奇怪的图片格式和大小?
避免格式转换和调整图片大小;一个图片如果不被GPU支持,那么需要CPU来转换。(Xcode有对PNG图片进行特殊的算法优化)

7、使用昂贵的特效?
理解特效的消耗,同时调整合适的大小;例如前面提到的UIBlurEffect;

8、视图树上不必要的元素?
理解视图树上所有点的必要性,去掉不必要的元素;忘记remove视图是很常见的事情,特别是当View的类比较大的时候。

以上,是8个问题对应的工具。遇到性能问题,先分析、定位问题所在,而不是埋头钻进代码的海洋。

性能优化实践

  1. 阴影优化

通过指定shadowPath减少阴影计算量。

  1. 圆角优化

不要使用不必要的masksToBounds,如果圆角没有裁剪到内容,可以仅设置cornerRadius,这样不会触发离屏渲染。

可以预处理图片为圆形,比如可以用CoreGraphic将图片绘制在圆形区域,即CPU渲染。当然CPU渲染也比较耗时,但是CoreGraphic是线程安全的,可以放到后台线程中去绘制。

可以添加中间为圆形透明的白色背景视图。即使添加额外的视图,会导致额外的计算,但仍然会快一点,因为相对于切换上下文,GPU更擅长渲染。

  1. 光栅化缓存
  label.layer.cornerRadius       = 5.0f;
  label.layer.masksToBounds      = YES;
  label.layer.shouldRasterize    = YES;
  label.layer.rasterizationScale = label.layer.contentsScale;

简单的说,光栅化一种缓存机制,它将离屏渲染的结果缓存起来,防止频繁的重复渲染。因此光栅化适合静态不变的内容,一旦内容发生变化,也会触发离屏渲染。

  1. 检测工具

使用instruments的CoreAnimation工具来检查离屏渲染,黄色是我们不希望看到的颜色。


使用真机来调试,因为模拟器使用的CALayer是OSX的CALayer,不是iOS的CALayer。如果用模拟器调试,会发现所有的视图都是黄色。

参考

iOS开发-视图渲染与性能优化

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