iOS 之异步绘制原理

一、异步绘制产生背景

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。

解决方案使用异步绘制就是：

把UIView 显示的内容（包括 UILabel 的文字，UIImageView 的图片等）绘制生成的bitmap在子线程完成。
然后在回到主线程把bitmap赋值给view.layer.content属性。

二、异步绘制流程

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？

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:

异步绘制流程图.png

首先 UIView 调用 setNeedsDisplay 方法
其实是调用其 layer 属性的同名方法（view.layer setNeedsDisplay）
这时 layer 并不会立刻调用 display 方法,而是要等到当前 runloop 即将结束的时候调用 display，进入到绘制流程。
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。

所以去实现displayLayer方式，实现开启异步绘制入口，

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。

三、系统绘制流程

先从下面的系统绘制流程图来了解一下系统绘制流程：

系统绘制流程.png

首先 CALayer 会在内部创建一个上下文环境(CGContextRef)
然后判断 layer 是否有代理：
- 没有代理的话，就调用 layer 的 drawInContext: 方法
- 有代理的话，调用 delegate 的drawLayer : inContext 方法，这个方法实现是系统完成。
- 然后在合适的时机回调代理，调用drawRect默认操作是什么都不做（而之所以有这个接口,就是为了让我们在系统绘制之后,还可以做些自定义的绘制工作）。
最后无论是哪个分支都把 backing store(上下文环境) 的 bitmap 位图提交到 GPU，
也就是将生成的 bitmap 位图赋值给 layer.content 属性。

下面看一下异步绘制的时序图能更好的理解异步绘制流程：

异步绘制时序图.png

首先在主线程调用setNeedsdispay方法
系统会在runloop将要结束的时候调用[CAlayer display]方法
如果我们的代理实现了dispayLayer这个方法，会调用dispayLayer这个方法。我们可以去子线程里面进行异步绘制。子线程主要做的工作：
- 创建上下文
- UI控件的绘制工作
- 生成对应的图片（bitmap）
主线程可以做其他工作
异步绘制完事之后，回到主线程，把绘制的bitmap赋值view.layer.contents属性中

四、面试考点

一、我们调用[UIView setNeedsDisplay]方法的时候，不会立马发送对应视图的绘制工作，为什么？

调用[UIView setNeedsDisplay]后，
然后会调用系统的同名方法[view.layer setNeedsDisplay]方法并在当前view上面打上一个脏标记
当前Runloop将要结束的时候才会调用[CALyer display]方法，然后进入到视图真正的绘制工作当中。

二、是否知道异步绘制？如何进行异步绘制？

基于系统开的口子[layer.delegate dispayLayer:]方法。
并且实现/遵从了dispayLayer这个方法，我们就可以进行异步绘制：
1）代理负责生产对应的bitmap
2）设置bitmap作为layer.contents属性的值

五、异步绘代码：

#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);
}

简单的调用：

#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

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