iOS离屏渲染

界面渲染

UIView继承自UIResponder，可以处理系统传递过来的事件，如：UIApplication、UIViewController、UIView，以及所有从UIView派生出来的UIKit类。每个UIView内部都有一个CALayer提供内容的绘制和显示，并且作为内部RootLayer的代理视图。

下图为CALayer的结构图：

CALayer.png

RunLoop有一个60fps的回调，即每16.7ms绘制一次屏幕，所以view的绘制必须在这个时间内完成，view内容的绘制是CPU的工作，然后把绘制的内容交给GPU渲染，包括多个View的拼接（Compositing）、纹理的渲染(Texture)等等，最后显示在屏幕上。但是，如果无法是16.7ms内完成绘制，就会出现丢帧的问题，一般情况下，如果帧率保证在30fps以上，界面卡顿效果不明显，那么就需要在33.4ms内完成View的绘制，而低于这个帧率，就会产生卡顿的效果，影响体验。

渲染的过程如下：

UIView的layer层有一个content，指向一块缓存，即backing store
UIView绘制时，会调用drawRect方法，通过context将数据写入backing store
在backing store写完后，通过render server交给GPU去渲染，将backing store中的bitmap数据显示在屏幕上

渲染的过程.png

ios离屏渲染

On-Screen Rendering:当前屏幕渲染，指的是 GPU 的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行
Off-Screen Rendering:离屏渲染，分为 CPU 离屏渲染和 GPU 离屏渲染两种形式。GPU 离屏渲染指的是 GPU 在当前屏幕缓冲区外新开辟一个缓冲区进行渲染操作

为什么会使用离屏渲染：

当使用圆角，阴影，遮罩的时候，图层属性的混合体被指定为在未预合成之前不能直接在屏幕中绘制，所以就需要屏幕外渲染被唤起。

GPU 离屏渲染的代价是很大的
离屏渲染之所以会特别消耗性能，是因为要创建一个屏幕外的缓冲区，然后从当屏缓冲区切换到屏幕外的缓冲区，然后再完成渲染；其中，创建缓冲区和切换上下文最消耗性能，而绘制其实不是性能损耗的主要原因。

上下文之间的切换这个过程的消耗会比较昂贵，涉及到 OpenGL的 pipeline 跟 barrier，而且 offscreen-render 在每一帧都会涉及到，因此处理不当肯定会对性能产生一定的影响。另外由于离屏渲染会增加 GPU 的工作量，可能会导致 CPU+GPU 的处理时间超出 16.7ms，导致掉帧卡顿。

离屏渲染的场景和优化

圆角优化

方法一：
一般情况下我们会用这个方法去设置圆角：

iv.layer.cornerRadius = 30;
iv.layer.masksToBounds = YES;

使用cornerRadius进行切圆角，在iOS9之前会产生离屏渲染，比较消耗性能，而之后系统做了优化，则不会产生离屏渲染，但是操作最简单

方法二：

利用mask设置圆角，利用的是UIBezierPath和CAShapeLayer来完成

CAShapeLayer *mask = [[CAShapeLayer alloc] init];
mask1.opacity = 0.3;
mask1.path = [UIBezierPath bezierPathWithOvalInRect:iv.bounds].CGPath;
iv.layer.mask = mask;

方法三：
利用CoreGraphics画一个圆形上下文，然后把图片绘制上去，得到一个圆形的图片

- (UIImage *)drawCircleImage:(UIImage*)image
{
    CGFloat side = MIN(image.size.width, image.size.height);
    
    UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(CGSizeMake(side, side), false, [UIScreen mainScreen].scale);
    CGContextAddPath(UIGraphicsGetCurrentContext(), [UIBezierPath bezierPathWithOvalInRect:CGRectMake(0, 0, side, side)].CGPath);
    CGContextClip(UIGraphicsGetCurrentContext());
    
    CGFloat marginX = -(image.size.width - side) * 0.5;
    CGFloat marginY = -(image.size.height - side) * 0.5;
    [image drawInRect:CGRectMake(marginX, marginY, image.size.width, image.size.height)];
    
    CGContextDrawPath(UIGraphicsGetCurrentContext(), kCGPathFillStroke);
    
    UIImage *newImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    UIGraphicsEndImageContext();
    
    return newImage;
}

三种方法里面，方法三是性能最好的。
当然了，直接让美工画一个圆角的图效率是最高的。

shadow优化

我们可以通过设置shadowPath来优化性能，能大幅提高性能

imageView.layer.shadowColor=[UIColorgrayColor].CGColor;

imageView.layer.shadowOpacity=1.0;

imageView.layer.shadowRadius=2.0;

UIBezierPath *path=[UIBezierPathbezierPathWithRect:imageView.frame];

imageView.layer.shadowPath=path.CGPath;

组不透明

开启CALayer的 allowsGroupOpacity 属性后，子 layer 在视觉上的透明度的上限是其父 layer 的 opacity (对应UIView的 alpha )，并且从 iOS 7 以后默认全局开启了这个功能，这样做是为了让子视图与其容器视图保持同样的透明度。

所以，可以关闭 allowsGroupOpacity 属性，按产品需求自己控制layer透明度。

关闭抗锯齿

allowsEdgeAntialiasing属性为YES(默认为NO)

离屏渲染的检测

Instruments的Core Animation工具中有几个和离屏渲染相关的检查选项：
Color Offscreen-Rendered Yellow
开启后会把那些需要离屏渲染的图层高亮成黄色，这就意味着黄色图层可能存在性能问题。

Color Hits Green and Misses Red
如果shouldRasterize被设置成YES，对应的渲染结果会被缓存，如果图层是绿色，就表示这些缓存被复用；如果是红色就表示缓存会被重复创建，这就表示该处存在性能问题了。

iOS版本上的优化

iOS 9.0 之前UIimageView跟UIButton设置圆角都会触发离屏渲染

iOS 9.0 之后UIButton设置圆角会触发离屏渲染，而UIImageView里png图片设置圆角不会触发离屏渲染了，如果设置其他阴影效果之类的还是会触发离屏渲染的。

善用离屏渲染

尽管离屏渲染开销很大，但是当我们无法避免它的时候，可以想办法把性能影响降到最低。优化思路也很简单：既然已经花了不少精力把图片裁出了圆角，如果我能把结果缓存下来，那么下一帧渲染就可以复用这个成果，不需要再重新画一遍了。

CALayer为这个方案提供了对应的解法：shouldRasterize。一旦被设置为true，Render Server就会强制把layer的渲染结果（包括其子layer，以及圆角、阴影、group opacity等等）保存在一块内存中，这样一来在下一帧仍然可以被复用，而不会再次触发离屏渲染。有几个需要注意的点：

shouldRasterize的主旨在于降低性能损失，但总是至少会触发一次离屏渲染。如果你的layer本来并不复杂，也没有圆角阴影等等，打开这个开关反而会增加一次不必要的离屏渲染
离屏渲染缓存有空间上限，最多不超过屏幕总像素的2.5倍大小
一旦缓存超过100ms没有被使用，会自动被丢弃
layer的内容（包括子layer）必须是静态的，因为一旦发生变化（如resize，动画），之前辛苦处理得到的缓存就失效了。如果这件事频繁发生，我们就又回到了“每一帧都需要离屏渲染”的情景，而这正是开发者需要极力避免的。针对这种情况，Xcode提供了“Color Hits Green and Misses Red”的选项，帮助我们查看缓存的使用是否符合预期
其实除了解决多次离屏渲染的开销，shouldRasterize在另一个场景中也可以使用：如果layer的子结构非常复杂，渲染一次所需时间较长，同样可以打开这个开关，把layer绘制到一块缓存，然后在接下来复用这个结果，这样就不需要每次都重新绘制整个layer树了

什么时候需要CPU渲染

绝大多数情况下，得益于GPU针对图形处理的优化，我们都会倾向于让GPU来完成渲染任务，而给CPU留出足够时间处理各种各样复杂的App逻辑。为此Core Animation做了大量的工作，尽量把渲染工作转换成适合GPU处理的形式（也就是所谓的硬件加速，如layer composition，设置backgroundColor等等）。

但是对于一些情况，如文字（CoreText使用CoreGraphics渲染）和图片（ImageIO）渲染，由于GPU并不擅长做这些工作，不得不先由CPU来处理好以后，再把结果作为texture传给GPU。除此以外，有时候也会遇到GPU实在忙不过来的情况，而CPU相对空闲（GPU瓶颈），这时可以让CPU分担一部分工作，提高整体效率。

一个典型的例子是，我们经常会使用CoreGraphics给图片加上圆角（将图片中圆角以外的部分渲染成透明）。整个过程全部是由CPU完成的。这样一来既然我们已经得到了想要的效果，就不需要再另外给图片容器设置cornerRadius。另一个好处是，我们可以灵活地控制裁剪和缓存的时机，巧妙避开CPU和GPU最繁忙的时段，达到平滑性能波动的目的。

但要注意的是:

渲染不是CPU的强项，调用CoreGraphics会消耗其相当一部分计算时间，并且我们也不愿意因此阻塞用户操作，因此一般来说CPU渲染都在后台线程完成（这也是AsyncDisplayKit的主要思想），然后再回到主线程上，把渲染结果传回CoreAnimation。这样一来，多线程间数据同步会增加一定的复杂度
同样因为CPU渲染速度不够快，因此只适合渲染静态的元素，如文字、图片（想象一下没有硬件加速的视频解码，性能惨不忍睹）
作为渲染结果的bitmap数据量较大（形式上一般为解码后的UIImage），消耗内存较多，所以应该在使用完及时释放，并在需要的时候重新生成，否则很容易导致OOM
如果你选择使用CPU来做渲染，那么就没有理由再触发GPU的离屏渲染了，否则会同时存在两块内容相同的内存，而且CPU和GPU都会比较辛苦