iOS中离屏渲染探索

什么是离屏渲染？

离屏渲染（offscreen-rendering）顾名思义为屏幕外的渲染，即渲染的结果不会直接呈现到当前屏幕上，而是等待合适的时机才会被显示。

正常情况下，在当前屏幕显示的内容，由 GPU 渲染完成后放到当前屏幕的帧缓存区，不需要额外的渲染空间。

假如 GPU 因为面临一些限制，无法把渲染结果直接写入frame buffer，而是先暂存在另外的内存区域，之后再写入frame buffer，那么这个过程被称之为离屏渲染。

离屏渲染的过程

通常的渲染流程是这样的

image.png

在正常情况下，经过CPU的计算以及GPU的渲染之后，不停地将内容渲染完成放入Frame Buffer中帧缓存区，随后视频控制器会读取帧缓存区的数据，经过数模转换，再逐行显示到屏幕上

出现离屏渲染的渲染流程：

image.png

与普通情况下 GPU 直接将渲染好的内容放入Frame Buffer中不同，在某些特殊情况下，需要先额外创建离屏渲染缓冲区 offscreen Buffer，将提前渲染好的内容放入其中，等到合适的时机再将 offscreen Buffer 中的内容进一步叠加、渲染，最后将结果切换到 Frame Buffer 中。

离屏渲染的利弊

优势

• 特殊的渲染效果：使用额外的离屏缓冲区（offscreen butter)保存中间状态，最后叠加、处理后绘制在屏幕上，这样就不得不使用离屏渲染
• 效率优势：需要多次使用的效果，提前渲染存入离屏缓冲区，然后复用来提高效率。

劣势

• 内存开支：开辟离屏缓冲区（大小不超过2.5倍屏幕像素大小）
• 时间和性能开支：从离屏缓冲区拷贝数据到帧缓冲区，上下文切换耗性能，容易出现掉帧的情况

常见的触发离屏渲染的情况

• 使用了 mask 的 layer (layer.mask)
• 需要进行裁剪的 layer (layer.masksToBounds /view.clipsToBounds)
• 设置了组透明度为 YES，并且透明度不为 1 的layer (layer.allowsGroupOpacity/ layer.opacity)
• 添加了投影的 layer (layer.shadow*)
• 采用了光栅化的 layer (layer.shouldRasterize)

不过使用光栅化的时候需要注意以下几点：

1. 如果layer不能被复用，则不必打开光栅化
2. 如果layer不是静态的，需要被频繁修改，如处于动画中，那开启离屏渲染反而会影响效率
3. 离屏渲染缓存内容有时间限制，缓存内容100ms内没有被使用，那么它就会丢弃，无法进行复用了
4. 离屏渲染缓存空间有限，不能超过2.5倍屏幕像素大小

• 绘制了文字的 layer (UILabel, CATextLayer, Core Text 等)