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  • iOS 离屏渲染

    1.什么是离屏渲染

    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。我们知道 iPhone 的屏幕刷新率是 60Hz,也就是刷新一帧的时间是 16.67 ms,每隔这段时间视频控制器就会去读一次缓存区的内容来显示。

    假如 GPU 遇到性能瓶颈,导致无法在一帧内更新渲染结果到帧缓存区,那么从缓存区读到的会是上一帧的内容,导致帧率降低界面卡顿。

    苹果对于页面流畅度的要求是非常苛刻的,如果页面布局比较复杂,硬件遇到瓶颈,不能任由它卡顿。离屏渲染的机制就被引入,它会触发比较消耗性能的视图提前渲染。

    2.如何触发离屏渲染

    有两种触发离屏渲染的方式,分别是被动触发和主动触发。

    圆角,阴影,遮罩(mask),模糊,以及 iOS 9 之前图片的圆角,圆角单纯的设置 cornerRadius 并不会触发离屏渲染,需要配合 masksToBounds 切割边缘之外的子视图。重写-drawRect方法,视图只要设置背景颜色,也会触发离屏渲染。

    主动触发离屏渲染的方式是利用 CALayer.shouldRasterize 属性,开启光栅化。光栅化是一个比较抽象的概念,它的作用是强制将 CALayer 以 bitmap 的形式进行缓存,等价于屏幕外的缓存,也属于离屏渲染的概念。

    被动触发离屏渲染的方式看起来毫无规律,但其实它们有一个共同的特征,就是含有透明度。含有透明度的视图,在显示前需要进行图层的合成,即对重叠视图的每个像素的 R,G,B,A 值进行重计算,最终显示组合的效果。对于完全不透明的视图,遮挡住父视图的内容,直接显示最上层(叶节点)的色值,就没有组合的开销。

    视图的合成计算是非常消耗 GPU 性能,多层级大尺寸视图尤为明显。体现在代码成面, GPU 是否进行视图的合成依据是 CALayer 的 opaque 属性,如果为 YES 就不会进行图层的合成。然而,视图透明度是由 alpha 属性决定的,所以在修改 alpha 小于 1 时,最好将 opaque 设为 NO,否则会出现无法预料的效果,这一点很容易被忽略。

    3.离屏渲染的代价是什么

    离屏渲染需要在屏幕外开辟内存空间,提前使用 CPU 渲染复杂的视图,保证视频控制器能够及时地从缓存区读到新的渲染结果。它在 GPU 面临性能瓶颈时,将压力转移一部分给比较空闲的 CPU,然而 CPU 的渲染能力远没有 GPU 高效,有点杀鸡出牛刀的意思。

    同时这也是一种以空间换取时间的策略。

    视频控制器要读取离屏渲染的结果,需要把渲染上下文从当前屏幕缓存区切到屏幕外缓存区,当要显示非离屏渲染视图的时候又要切换回来,然而不可能在一屏上所有的元素都是离屏渲染的,所以视频控制器上下文需要不停地来回切换。而这种上下文切换的代价非常昂贵。

    所以离屏渲染会带来各方面的开销,要尽可能的避免。

    4.离屏渲染有没有好处

    离屏渲染并不是一无是处的,虽然会造成很多额外的开销,但也是为了充分利用设备的资源来保证界面的流畅。发生离屏渲染时,是为了引起开发者对性能的关注,减少不必要的透明视图层级。如果不可避免的要触发离屏渲染,并且发生离屏渲染视图内容不会频繁的变化,可以利用 CALayer.shouldRasterize 开启光栅化,将离屏渲染的内容以位图的形式缓存,减少复杂视图频繁渲染的开销。然而,这个缓存的时效是 100ms,也就是刷新 6 帧的时间,如果视图内容更新频繁,缓存就会不停的刷新,导致无法命中,开启光栅化并没有什么作用。

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