当我们谈论离屏渲染时,我们在谈论什么

当我们谈论离屏渲染时,我们在谈论什么

本文将会介绍有关离屏渲染的基础知识,但在正式开始之前,先粗略介绍下 iPhone 的屏幕显示原理,这样有助于更好地理解离屏渲染。图像显示到屏幕上,大概会经历以下几个步骤:

  1. CPU 告诉 GPU 需要显示的内容
  2. GPU 按照 CPU 的要求,将 Layer 渲染进 Frame Buffer(帧缓冲区)
  3. 渲染完成后, Video Controller(视频控制器)把渲染结果(作为一帧)显示到屏幕上

由于 iPhone 的刷新率是 60 Hz,所以上述过程正常情况下每秒会发生 60 次。这也就是大概的 iPhone 屏幕显示原理。


离屏渲染

前文中提到「GPU 会将 Layer 渲染进 Frame Buffer」,这是正常的渲染流程,被称为 On-Screen Rendering(当前屏幕渲染)。而离屏渲染与正常渲染流程的唯一不同就在于,当 GPU 在渲染时,由于一些原因,不能将 Layer 渲染进 Frame Buffer,而是需要创建一个 Offscreen Buffer(离屏缓冲区)来参与渲染,然后再将渲染结果放入 Frame Buffer,这个过程就被称为 Off-Screen Rendering(离屏渲染)。

因为离屏渲染需要创建新缓冲区、多次切换上下文环境(从 On-Screen 切换到 Off-Screen)以及每秒将会进行 60 次这样的繁重操作,所以大量的离屏渲染会引起性能问题、降低显示帧率、造成卡顿。


为什么会发生离屏渲染

关于为什么会发生离屏渲染,其实我没有找到官方的解释,但是因为 GPU 在渲染时遵循画家算法,也就是说对于每一层 Layer,都会被依次渲染进 Frame Buffer,后一层不断覆盖前一层,被覆盖的地方的数据会永久丢失,并且切不可逆。

根据这一点可以推测出:GPU 在渲染每一层 Layer 时,绝对无法得知它的上一层和下一层 Layer 的信息,也无法修改它们,所以在遇到无法依次渲染的情况时,就不得不新建一个 Offscreen Buffer 来储存渲染的中间结果,从而发生离屏渲染。


造成离屏渲染的原因与解决办法

1. shadow(阴影)

因为shadow必须知道其上层 Layer 的形状才能渲染,而上层 Layer 又必须等其下层 Layer 渲染完成才能渲染,所以就不得不新建一个 Offscreen Buffer 参与渲染。

解决办法就是设置 Layer 的.shadowPath,这样可以使 GPU 在渲染阴影 Layer 时,不用知道其上层 Layer 形状就可以完成阴影路径的渲染。

2. cornerRadius + clipsToBounds(圆角与裁切圆角以外内容)

在 Layer 被渲染时,其上层 Layer 还没有被渲染,所以无法完成裁切圆角以外内容,所以也需要新建一个 Offscreen Buffer 参与渲染。

解决办法是使用UIBezierPathCAShapeLayer设置圆角。

3. group opacity(群组透明)、mask(遮罩)、UIBlurEffect(高斯模糊)与allowsEdgeAntialiasing(抗锯齿)

在所有 Layer 的渲染完成后,再应用透明度,与分别为每层 Layer 应用透明度再渲染得到的结果是不同的,与透明度相关以及抗锯齿的渲染都无可避免的需要一个 Offscreen Buffer 参与渲染。

4. shouldRasterize(栅格化)

shouldRasterize相当于主动进行离屏渲染,目的是为了将渲染结果保存在一起,使下一帧可以直接复用,避免重复渲染。


后续

关于离屏渲染还有很多细节,本文并没有提及,感兴趣的读者可以从 CPU 渲染与 shouldRasterize属性深入研究下去。