CADisplayLink简介及应用：FPS指示器

一、CADisplayLink简介

1、什么是CADisplayLink

简单地说，它就是一个定时器，每隔几毫秒刷新一次屏幕。

CADisplayLink是一个能让我们以和屏幕刷新率相同的频率将内容画到屏幕上的定时器。我们在应用中创建一个新的 CADisplayLink 对象，把它添加到一个runloop中，并给它提供一个 target 和 selector 在屏幕刷新的时候调用。另外CADisplayLink 不能被继承

一但 CADisplayLink 以特定的模式注册到runloop之后，每当屏幕需要刷新的时候，runloop就会调用CADisplayLink绑定的target上的selector，这时target可以读到 CADisplayLink 的每次调用的时间戳，用来准备下一帧显示需要的数据。例如一个视频应用使用时间戳来计算下一帧要显示的视频数据。在UI做动画的过程中，需要通过时间戳来计算UI对象在动画的下一帧要更新的大小等等。

在添加进runloop的时候我们应该选用高一些的优先级，来保证动画的平滑。可以设想一下，我们在动画的过程中，runloop被添加进来了一个高优先级的任务，那么，下一次的调用就会被暂停转而先去执行高优先级的任务，然后在接着执行CADisplayLink的调用，从而造成动画过程的卡顿，使动画不流畅。

2、CADisplayLink属性及方法

+ (CADisplayLink *)displayLinkWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel;
创建一个CADisplayLink对象

- (void)addToRunLoop:(NSRunLoop *)runloop forMode:(NSRunLoopMode)mode;
将CADisplayLink对象添加到runloop中

- (void)removeFromRunLoop:(NSRunLoop *)runloop forMode:(NSRunLoopMode)mode;
将CADisplayLink对象从runloop中删除

- (void)invalidate
结束CADisplayLink

@property(readonly, nonatomic) CFTimeInterval timestamp
timestamp属性: 只读的CFTimeInterval值，表示屏幕显示的上一帧的时间戳，这个属性通常被target用来计算下一帧中应该显示的内容。打印timestamp值，其样式类似于：179699.631584

@property(readonly, nonatomic) CFTimeInterval duration
duration属性:提供了每帧之间的时间，也就是屏幕每次刷新之间的的时间。该属性在target的selector被首次调用以后才会被赋值。selector的调用间隔时间计算方式是：时间=duration×frameInterval。我们可以使用这个时间来计算出下一帧要显示的UI的数值。但是 duration只是个大概的时间，如果CPU忙于其它计算，就没法保证以相同的频率执行屏幕的绘制操作，这样会跳过几次调用回调方法的机会

@property(getter=isPaused, nonatomic) BOOL paused;
pause属性:控制CADisplayLink的运行。当我们想结束一个CADisplayLink的时候，应该调用-(void)invalidate 从runloop中删除并删除之前绑定的 target 跟 selector

@property(nonatomic) NSInteger frameInterval;
frameInterval属性:是可读可写的NSInteger型值，标识间隔多少帧调用一次selector 方法，默认值是1，即每帧都调用一次。如果每帧都调用一次的话，对于iOS设备来说那刷新频率就是60HZ也就是每秒60次，如果将 frameInterval 设为2 那么就会两帧调用一次，也就是变成了每秒刷新30次

二、CADisplayLink应用：FPS指示器

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思路：既然CADisplayLink可以以屏幕刷新的频率调用指定selector，而且iOS系统中正常的屏幕刷新率为60Hz（60次每秒），那只要在这个方法里面统计每秒这个方法执行的次数，通过次数/时间就可以得出当前屏幕的刷新率了。

1、核心代码

// 创建CADisplayLink
- (void)initConfig {    
    // create fpsWindow
    _fpsWindow = [FPSIndicatorWindow getWindow];
    
    // 创建CADisplayLink，并添加到当前run loop的NSRunLoopCommonModes
    _displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self
                                               selector:@selector(p_displayLinkTick:)];
    [_displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop]
                       forMode:NSRunLoopCommonModes];
}

// 计算 fps
- (void)p_displayLinkTick:(CADisplayLink *)link {
    // 当前时间戳
    if (_lastTime == 0) {
        _lastTime = link.timestamp;
        return;
    }
    
    _count++; // 执行次数
    NSTimeInterval delta = link.timestamp - _lastTime;
    if (delta < 1) {
        return;
    }
    _lastTime = link.timestamp;
    float fps = _count / delta; // fps
    _count = 0;
    
    // 更新fps
    [_fpsWindow updateFps:fps];
}

2、使用

项目入导入FPSIndicator，并在 application：didFinishLaunchingWithOptions 调用 [[FPSIndicatorMgr sharedFPSIndicator] show] 即可。

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {

    [[FPSIndicatorMgr sharedFPSIndicator] show];
    
    return YES;
}

3、效果

FPS指示器效果展示

4、注意事项

通常来讲：iOS设备的刷新频率事60HZ也就是每秒60次。那么每一次刷新的时间就是1/60秒大概16.7毫秒。当我们的frameInterval 值为1的时候我们需要保证的是 CADisplayLink调用的target的函数计算时间不应该大于 16.7否则就会出现严重的丢帧现象。在mac应用中我们使用的不是CADisplayLink而是 CVDisplayLink它是基于C接口的用起来配置有些麻烦但是用起来还是很简单的。

iOS并不能保证能以每秒60次的频率调用回调方法，这取决于：
1、CPU的空闲程度。如果CPU忙于其它计算，就没法保证以60HZ执行屏幕的绘制动作，导致跳过若干次调用回调方法的机会，跳过次数取决CPU的忙碌程度。
2、执行回调方法所用的时间。如果执行回调时间大于重绘每帧的间隔时间，就会导致跳过若干次回调调用机会，这取决于执行时间长短

三、CADisplayLink与NSTimer区别

既然CADisplayLink也是一个定时器，那么两者有什么区别与联系呢？

1、原理不同

CADisplayLink是一个能让我们以和屏幕刷新率同步的频率将特定的内容画到屏幕上的定时器类。CADisplayLink以特定模式注册到runloop后，每当屏幕显示内容刷新结束的时候，runloop就会向CADisplayLink指定的target发送一次指定的selector消息， CADisplayLink类对应的selector就会被调用一次。
NSTimer以指定的模式注册到runloop后，每当设定的周期时间到达后，runloop会向指定的target发送一次指定的selector消息。

2、周期设置方式不同

iOS设备的屏幕刷新频率(FPS)是60Hz，因此CADisplayLink的selector默认调用周期是每秒60次，这个周期可以通过frameInterval属性设置，CADisplayLink的selector每秒调用次数=60/frameInterval。比如当frameInterval设为2，每秒调用就变成30次。因此，CADisplayLink周期的设置方式略显不便。
NSTimer的selector调用周期可以在初始化时直接设定，相对就灵活的多。

3、精确度不同

iOS设备的屏幕刷新频率是固定的，CADisplayLink在正常情况下会在每次刷新结束都被调用，精确度相当高。
NSTimer的精确度就显得低了点，比如NSTimer的触发时间到的时候，runloop如果在忙于别的调用，触发时间就会推迟到下一个runloop周期。更有甚者，在OS X v10.9以后为了尽量避免在NSTimer触发时间到了而去中断当前处理的任务，NSTimer新增了tolerance属性，让用户可以设置可以容忍的触发的时间范围。

4、使用场合

从原理上不难看出，CADisplayLink使用场合相对专一，适合做界面的不停重绘，比如视频播放的时候需要不停地获取下一帧用于界面渲染。
NSTimer的使用范围要广泛的多，各种需要单次或者循环定时处理的任务都可以使用。