iOS 下離屏渲染的問題

Offscreen Rendering

如何檢測你的項目中是否 觸發(fā)了離屏渲染問題

那么為何有一些會觸發(fā)離屏渲染，而有一些卻不會觸發(fā)呢？下面我們開始深入的探索。

離屏渲染的具體過程

我們知道通常的渲染流程是這樣的：

App通過CPU和GPU的合作，不停的將內(nèi)容渲染完成放入FrameBuffer幀緩存區(qū)，而屏幕顯示不斷從FrameBuffer中獲取內(nèi)容，顯示實時的內(nèi)容。

但是離屏渲染的流程是這樣的：

在普通的情況下，GPU直接將渲染好的內(nèi)容放入FrameBuffer中，但是在離屏渲染時不同，需要先額外創(chuàng)建離屏渲染緩存區(qū)OffscreenBuffer。將提前渲染好的內(nèi)容放入其中，等到合適的時機再將OffSreeBuffer中的內(nèi)容進一步疊加、渲染。完成后將結(jié)果切換到FrameBuffer中。

離屏渲染的效率問題

從上面的流程來看，離屏渲染時，由于App需要提前對部分內(nèi)容進行額外的渲染并保存到OffScreenBuffer，以及需要在必要時對OffScreenBuffer和FrameBuffer進行內(nèi)容切換，所以會需要更長的處理時間。（實際上這兩步切換的代價是非常大的）。

OffScreenBuffer本身就需要額外的空間，大量的離屏渲染可能造成內(nèi)存過大的壓力。與此同時，OffScreenBuffer的總大小也是有限的：不能超過屏幕總像素的2.5倍。

可見離屏渲染的開銷非常大，一旦需要離屏渲染的內(nèi)容過多，就容易造成掉幀問題，所以大部分情況下，我們要避免出現(xiàn)離屏渲染。

為什么要用離屏渲染

既然離屏渲染會造成性能問題，那么為什么還要使用離屏渲染？

其實主要是以下兩種原因：

1. 一些特殊的效果需要使用額外的OffScreenBuffer來保存渲染中間的狀態(tài)，所以不得不使用離屏渲染
2. 出于效率的目的，可以將內(nèi)容提前渲染并保存到OffScreenBuffer中，從而達到復(fù)用的目的

例如，第一種原因，也就是不得不使用離屏渲染的情況。一般都是系統(tǒng)自動觸發(fā)。如：陰影、圓角等。比如我們使用的蒙版（mask）功能，因為最終的結(jié)果是有超過一層的渲染結(jié)果進行疊加，所以必須要利用額外的內(nèi)存空間對中間的渲染結(jié)果進行保存，因此系統(tǒng)會默認(rèn)觸發(fā)離屏渲染.

比如，iOS8開始提供模糊特效UIBlurEffectView：

1. 先渲染需要模糊的內(nèi)容本身；
2. 對內(nèi)容進行縮放；
3. 對上一步結(jié)果進行垂直模糊；
4. 對上一步結(jié)果進行橫向模糊；
5. 最后一步，將模糊后的結(jié)果進行疊加合成，實現(xiàn)最終完整的模糊效果。

在這樣的5次過程，系統(tǒng)也會自動觸發(fā)離屏渲染，用來保存復(fù)雜的特效下，利用額外的內(nèi)存空間對中間的結(jié)果進行保存，以便最后進行效果的合成。

離屏渲染的第二種原因：shouldRasterize 光柵化

開啟光柵化后，就會主動觸發(fā)離屏渲染。Render Server會強制將CALayer渲染位圖結(jié)果bitmap保存下來，這樣下次渲染可以直接復(fù)用，提高效率；而保存下來的bitmap就已經(jīng)包含了layer和sublayer、圓角、陰影、透明度等。

如果layer的構(gòu)成包含了以上幾種元素，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且還需要重復(fù)利用，可以考慮開啟光柵化；因為layer 上的圓角、陰影、透明度等會由系統(tǒng)自動觸發(fā)離屏渲染，那么打開光柵化就可以節(jié)約第二次以及以后的渲染時間。

而多層的subLayer的情況由于不會自動觸發(fā)離屏渲染，所以相比之下會花費第一次離屏渲染的時間，但是可以節(jié)約后續(xù)重復(fù)的渲染開銷。

使用光柵化的注意點：

1. 如果layer并不能被復(fù)用，則沒必要開啟；
2. 如果layer不是靜態(tài)的，需要 被頻繁修改，比如處于動畫之中，那么開啟離屏渲染反而影響效率了；
3. 離屏渲染緩存內(nèi)容有時間限制，緩存內(nèi)容如果100ms沒被復(fù)用，那么就會被丟棄，無法進行復(fù)用；
4. 離屏渲染緩存空間有限，超過2.5倍屏幕像素大小的話，也會失效，且無法復(fù)用

圓角的離屏渲染探索

通常來講，設(shè)置了Layer的圓角效果后，會自動觸發(fā)離屏渲染，但是具體什么情況下設(shè)置圓角才會觸發(fā)離屏渲染？

如上圖所示，Layer由3層組成，我們設(shè)置圓角通常是用下面的代碼：

view.layer.cornerRadius = 2;

CornerRadius - Apple 官方介紹

根據(jù)蘋果的描述，上面這句代碼，只會默認(rèn)設(shè)置backgroundColor和border的圓角，而不會設(shè)置content的圓角，除非設(shè)置了layer.maskToBounds為true（對應(yīng)view的clickToBounds屬性）。

如果只設(shè)置了CornerRadius而沒有設(shè)置masksToBounds，由于不需要疊加裁剪，此時是不會觸發(fā)離屏渲染的。而當(dāng)設(shè)置了裁剪屬性時，由于maskToBounds會對layer以及所有 的subLayer的content都進行裁剪，所以不得不觸發(fā)離屏渲染。

view.layer.masksToBounds = true //觸發(fā)離屏渲染的原因

離屏渲染的邏輯

剛才說圓角加上masksToBounds時，因為masksToBounds會對layer上的所有內(nèi)容進行裁剪，從而誘發(fā)了離屏渲染，那么這個過程具體是怎么回事呢？我們來仔細(xì)研究一下：

• 在普通的layer繪制中，上層的subLayer會覆蓋下層的subLayer，下層的subLayer在繪制完成后就可以拋棄了，從而節(jié)約空間提高效率。

• 所有subLayer一次繪制完畢后，整個繪制過程完成，就可以進行后續(xù)的呈現(xiàn)了。假設(shè)我們需要繪制一個三層的subLayer，并不設(shè)置裁剪和圓角，那么整個繪制過程就如下圖所示：

繪制完進行display

設(shè)置了CornerRadius以及masksToBounds

當(dāng)我們設(shè)置了CornerRadius以及masksToBounds進行圓角加裁剪時，masksToBounds裁剪屬性會應(yīng)用到所有的subLayer上，也就意味著所有的subLayer都要進行圓角+裁剪，意味著所有的subLayer在第一次繪制后，并不能立刻丟棄，而必須保存在OffScreenBuffer中等待下一輪的圓角加裁剪操作，這樣便引發(fā)了離屏渲染。

實際上，并不單只有圓角加裁剪會觸發(fā)離屏渲染。如果設(shè)置了透明度和組透明(layer.allowsGroupOpacity+layer.opacity)，陰影屬性（shadowOffset）等，都會產(chǎn)生這樣的離屏渲染，因為這些都不是對單一的layer進行處理，而是對layer及其所有 的subLayer進行處理，從而引發(fā)離屏渲染。

避免圓角離屏渲染的手段：

除了盡量減少圓角裁剪的使用，還有什么別的辦法可以避免圓角+裁剪引起的離屏渲染？

由于剛才提到，圓角引起離屏渲染的本質(zhì)是裁剪的疊加，導(dǎo)致了masksToBounds對layer及其所有的subLayer進行了二次處理，那么我們只要避免使用masksToBounds進行二次處理，而是對所有的subLayer進行預(yù)處理，就可以只進行“畫家算法（先繪制離屏幕較遠(yuǎn)的圖層，然后繪制距離屏幕較近的圖層，根據(jù)深度值，確定繪制順序）”，用一次疊加就完成繪制。

有哪些可行方案

1.換資源
直接使用帶圓角的圖片，或者替換背景色為帶圓角的純色背景圖，從而避免使用圓角裁剪。不過這周方法需要依賴具體情況，并不通用 。

2.mask
再增加一個和背景色相同的遮罩mask覆蓋在最上層，蓋住四個角，營造出圓角的形狀。但這種方式難以解決背景色為圖片 或漸變色的情況。注意這里的mask并不是指的layer上的mask，而是用兩個view的疊加

3.UIBezierPath
用貝塞爾曲線繪制閉合帶圓角的矩形，在上下文設(shè)置只有內(nèi)部可見，再將不帶圓角的layer渲染成圖片，添加到貝塞爾矩形中。這種方法效率較高，但是layer的布局一旦改變，貝塞爾曲線都需要手動進行重新繪制，所以需要對frame、color等進行手動監(jiān)聽并重繪。

4.CoreGraphics
重寫 drawRect：，用coreGraphics相關(guān)方法，在需要應(yīng)用圓角時進行手動繪制。不過CoreGraphics效率也有限，如果多次調(diào)用也會有效率問題。

觸發(fā)離屏渲染的幾種情況

1. 使用了mask的layer（layer.mask）
2. 需要進行裁剪的layer（layer.masksToBounds / view.clipsToBounds）
3. 設(shè)置了組透明度YES,并且透明度不為1的layer (layer.allowsGroupOpacity/layer.opacity)
4. 添加了投影的layer（layer.shadow）
5. 采用了光柵化的layer（layer.shouldRasterize）
6. 繪制了文字的layer （UILabel，CATextLayer，CoreText等）

舉幾個例子，加深下理解：

//按鈕存在背景圖片  因為 會對button的layer和其imageView的layer進行圓角加裁剪 所以會觸發(fā)離屏渲染
UIButton *btn1 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
btn1.frame = CGRectMake(100, 30, 100, 100);
[btn1 setImage:[UIImage imageNamed:@"btn.png"] forState:UIControlStateNormal];
[self.view addSubview:btn1];
btn1.layer.cornerRadius = 50;
btn1.clipsToBounds = YES;

//按鈕存在背景圖片  只設(shè)置了clipsToBounds，裁剪是針對于imageview的，所以不會觸發(fā)離屏渲染(not offscreen rendering)
UIButton *btn1 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
btn1.frame = CGRectMake(100, 30, 100, 100);
[btn1 setImage:[UIImage imageNamed:@"btn.png"] forState:UIControlStateNormal];
[self.view addSubview:btn1];
btn1.imageView.layer.cornerRadius = 50;
btn1.clipsToBounds = YES;

//按鈕不存在背景圖片 雖然設(shè)置了圓角+裁剪，但是只有一層layer  所以不會觸發(fā)離屏渲染
UIButton *btn2 = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
btn2.frame = CGRectMake(100, 180, 100, 100);
btn2.backgroundColor = [UIColor blueColor];
[self.view addSubview:btn2];
btn2.layer.cornerRadius = 50;
btn2.clipsToBounds = YES;

//UIImageView 設(shè)置了圖片+背景色; 背景色和圖片兩層layer都需要進行圓角+裁剪  所以會觸發(fā)離屏渲染
UIImageView *img1 = [[UIImageView alloc]init];
img1.frame = CGRectMake(100, 320, 100, 100);
img1.backgroundColor = [UIColor blueColor];
img1.image = [UIImage imageNamed:@"btn.png"];
[self.view addSubview:img1];
img1.layer.cornerRadius = 50;
img1.layer.masksToBounds = YES;

//UIImageView 只設(shè)置了圖片,無背景色; 只有一層 layer 需要圓角+裁剪 所以不會觸發(fā)離屏渲染
UIImageView *img2 = [[UIImageView alloc]init];
img2.frame = CGRectMake(100, 480, 100, 100);
img2.image = [UIImage imageNamed:@"btn.png"];
[self.view addSubview:img2];
img2.layer.cornerRadius = 50;
img2.layer.masksToBounds = YES;