iOS-UIView异步绘制

1.异步绘制原理

在 UIView 中有一个 CALayer 的属性，负责 UIView 具体内容的显示。具体过程是系统会把 UIView 显示的内容（包括 UILabel 的文字，UIImageView 的图片等）绘制在一张画布上，完成后倒出图片赋值给 CALayer 的 contents 属性，完成显示。

这其中的工作都是在主线程中完成的，这就导致了主线程频繁的处理 UI 绘制的工作，如果要绘制的元素过多，过于频繁，就会造成卡顿。

那么是否可以将复杂的绘制过程放到后台线程中执行，从而减轻主线程负担，来提升 UI 流畅度呢？

答案是可以的，系统给我们留下的异步绘制的口子，请看下面的流程图，它是我们进行基本绘制的基础。

UIView绘制流程

1. UIView调用setNeedsDisplay并没有立刻进行绘制;
2. UIView调用setNeedsDisplay方法其实是调用其layer属性的同名方法；
3. 在当前runloop即将结束时调用display进入绘制流程；
4. 在UIView中layer.delegate就是UIView本身，UIView 并没有实现displayLayer:方法，所以进入系统的绘制流程，我们可以通过实现displayLayer:方法来进行异步绘制。

有了上面的异步绘制原理流程图，我们可以得到一个实现异步绘制的初步思路：在“异步绘制入口”去开辟子线程，然后在子线程中实现和系统类似的绘制流程。

2.系统绘制流程

要实现异步绘制，首先要了解系统的绘制流程，看下面一张流程图：

系统绘制流程

1. CALayer在内部创建一个上下文环境(CGContextRef);
2. 判断layer是否有代理：
   没有代理：调用layer的drawInContext:方法，
   有代理：调用delegate的drawLayer:inContext:方法，然后在合适的时机回调代理，在[UIView drawRect]中进行UI的绘制工作，
3. 最后layer上传backingStore的bitmap位图到GPU，也就是将生成的bitmap位图赋值给layer.content属性，结束系统绘制流程。

3.异步绘制流程

关于异步绘制，参考如下图：

异步绘制流程

1. 某个时机调用setNeedsDisplay;
2. runloop将要结束时调用[CALayer display];
3. 若代理实现了displayLayer将会调用此方法，在子线程中做异步绘制的工作；
4. 在子线程中创建上下文、绘制控件并生成图片；
5. 在主线程中设置layer.contents，将生成的视图展示在layer上。

异步绘制示例代码：

#import 

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface AsyncDrawLabel : UIView

@property (nonatomic, copy) NSString *text;
@property (nonatomic, strong) UIFont *font;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "AsyncDrawLabel.h"
#import 

@implementation AsyncDrawLabel

- (void)setText:(NSString *)text {
    _text = text;
}

- (void)setFont:(UIFont *)font {
    _font = font;
}


// 除了在drawRect方法中, 其他地方获取context需要自己创建[https://www.jianshu.com/p/86f025f06d62] coreText用法简介:[https://www.cnblogs.com/purple-sweet-pottoes/p/5109413.html]
 
- (void)displayLayer:(CALayer *)layer {
    CGSize size = self.bounds.size;
    CGFloat scale = [UIScreen mainScreen].scale;
    // 异步绘制，切换至子线程
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(size, NO, scale);
        // 获取当前上下文
        CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
        [self draw:context size:size];
        UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
        UIGraphicsEndImageContext();
        // 子线程完成工作，切换至主线程显示
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;
        });
    });
}

- (void)draw:(CGContextRef)context size:(CGSize)size {
    // 将坐标系上下翻转，因为底层坐标系和 UIKit 坐标系原点位置不同。
    CGContextSetTextMatrix(context, CGAffineTransformIdentity);
    // 文本沿着Y轴移动
    CGContextTranslateCTM(context, 0, size.height); // 原点为左下角
    // 文本反转成context坐标系
    CGContextScaleCTM(context, 1, -1);
    // 创建绘制区域
    CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
    CGPathAddRect(path, NULL, CGRectMake(0, 0, size.width, size.height));
    // 创建需要绘制的文字
    NSMutableAttributedString *attrStr = [[NSMutableAttributedString alloc]initWithString:self.text];
    [attrStr addAttribute:NSFontAttributeName value:self.font range:NSMakeRange(0, self.text.length)];
    // 根据attStr生成CTFramesetterRef
    CTFramesetterRef framesetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((CFAttributedStringRef)attrStr);
    CTFrameRef frame = CTFramesetterCreateFrame(framesetter, CFRangeMake(0, attrStr.length), path, NULL);
    // 将frame的内容绘制到content中
    CTFrameDraw(frame, context);
}

@end

#import "ViewController.h"
#import "AsyncDrawLabel.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    
    AsyncDrawLabel *label = [[AsyncDrawLabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(100, 100, 200, 100)];
    label.backgroundColor = [UIColor yellowColor];
    label.text = @"异步绘制text";
    label.font = [UIFont systemFontOfSize:16];
    [self.view addSubview:label];
    [label.layer setNeedsDisplay]; // 不调用的话不会触发displayLayer方法
}

@end