Image and Graphics Best Practices

目录

1.UIImage and UIImageView
2.Custom drawing with UIKit
3.Advanced CPU and GPU
4.总结

1. UIImage and UIImageView

1.1 渲染的过程

1.1modelandview.png

在经典的MVC框架中，UIImage扮演Model的角色，UIImageView则充当View，UIImage用于加载图片内容，UIImageView负责将图片内容渲染和显示，看似单向逻辑关系，但实际上为了衡量应用程序的性能，我们必须关注隐藏的Decode环节，如下图所示。但在讨论Decode环节前，我们得先明确buffers的概念。

1.2renderprocess.png

1.2 Buffers

imagebuffer中的每一个元素描述的是一个像素的颜色信息，buffer的size与图片的size为正相关关系。imagebuffer的一个典型例子便是framebuffer，framebuffer真正管理着屏幕的输出。

1.3buffers.png

在应用程序更新图层时，UIKit将window及其subviews渲染至framebuffer，这个framebuffer提供每个像素的信息以供显示硬件定时读取，读取的频率一般为60Hz，但在ipad上可提升至120Hz。
与imagebuffer不同，Data Buffer存储着一个图片文件的内容，通常为JPG,PNG等压缩格式，因此其内容不是直接与像素的信息一一对应。metadata存储着图片的尺寸。

1.3 Decode过程

1.4decode.png

明确了buffers的概念后，我们便理解了Decode环节存在的必要性。如上图所示，在实际的渲染过程中，UIImage负责解压Data Buffer内容并申请buffer（Image Buffer）存储解压后的图片信息，然后UIImageView负责将Image Buffer 拷贝至 framebuffer，用于给显示硬件提供颜色信息。

解压过程是一个大量占用CPU资源的工作，因此UIImage 会retain存储解压后信息的Image Buffer以便给重复的渲染工作提供信息，Image Buffer与图片的实际尺寸有关（理论值为height * width * 4 bytes），与图片文件大小无关。若是在TableView等列表中连续加载多张图片，便会引发连续的大块内存分配，这将对Memory和CPU带来沉重的负担。

1.5largeallocation.png

1.4 DownSampling

1.6downsampling.png

DownSampling即在Decode前插入创建缩略图的过程。如下图所示，即对image进行预处理，采用缩小解码后Image Buffer的size的方式，减少内存的占用。此处需注意两个选项的设置。
1.kCGImageSourceShouldCache此处设为false，目的在于告知系统此imageSource仅为建立与imageURL的链接，不需要解码。
2.kCGImageSourceShouldCacheImmediately设为true，以此控制系统以计算出的size创建Image Buffer并解压。

1.7downsamplingcode.png

经过此预处理过程后，内存占用的前后对比如下：

1.8downsamplingeffect.png

但正如Decode部分的介绍，解压是一个CPU密集型工作，如果在主线程中做同步解压，会导致主线程卡顿，影响用户的使用体验。因此使用Downsampling的正确姿势如下：

1.9thebestmethod.png

此处通过两种手段解决主线程卡顿的问题：
1. 预取.
2. 异步解码.
异步解码需注意，不用通过dispatch至global queue中，可能会导致 thread explosion的问题。

1.5 Image Source

推荐使用Image Assets，主要有如下几点原因:
1.对基于名字和特性的查找做了优化.
2.更加智能的缓存策略.
3.针对设备选择相应的图片.
4.支持矢量图.
从iOS11之后，Image Assets支持 Preserve Vector Data 选项，系统会在compile过程保留矢量图信息，以防止图片渲染至超出或小于自身尺寸的view中引发的模糊问题。

2. Custom drawing with UIKit

2.1 Custom drawing

以如下live按钮的实现为例：

2.1example.png

一解决方案如下：

2.2onesolution.png

在说明这种解决方案的优劣前，我们先来说明重写draw：函数后，系统渲染的过程：

2.3renderprocessusingdraw.png

众所周知，UIView背后的CALayer负责将contents传递给framebuffer，当重写draw：函数后，CALayer会负责创建一个Backing Store（尺寸与view显示的size成正相关），然后在此Backing store上执行draw：函数，最后将其中的内容传递给framebuffer。
我们可以通过设置CALayer的contentsFormat（指明是否需要支持wide range color）来控制Backing Store中每个元素的大小，但在iOS12中，系统对wide range color做了优化，如需要，可自动增加buffer的size以支持。

因此为了减少Backing Store的使用，针对live按钮的实现，我们应该将大的view化为多个subview的组合，减少draw：函数的使用减少imageData的多重拷贝（在给出的解决方案中，会将image ‘draw at’ Backing store，多了一次imageData的拷贝动作），使用优化的选项和属性（UIView的backgroundColor属性可以不通过Backing store直接渲染至framebuffer。但pattern color例外，可用添加imageview为subview代替）。

2.2 背景的实现

UIView的maskView 及CALayer.maskLayer都会将图层渲染到临时的image buffer中，而CALayer.cornerRadius不需要。对于live按钮的背景实现，不要用maskView，以UIImageView+Resizable的方式解决。

2.4backgroundsolution.png

2.3 图片的实现

UIImageView在渲染时可直接对单色图片着色，设置tint color来改变单色图片的颜色从而达到复用图片的目的。

2.5imagesolution.png

2.4 文字的实现

UILabel对单色的string做了优化处理，可节省75%的Backing Store，并能自动更新Backing Store的size以适配富文本或emoji。
至此，live按钮的实现方案应如下。

2.6finalsolution.png

3. Advanced CPU and GPU

此sessions对这一部分仅做了简单的描述。

3.1 Advanced Image Effects

1. 对图片进行实时处理时考虑使用Core Image
2. 使用GPU处理，解放CPU
3. UIImageView 可有效地处理CIImage

3.2 Advanced Image Processing

1. 使用CVPixelBuffer在Metal，Vision，Accelerate框架之间传递数据
2. 不要重复已经做过的工作
3. 不要将工作在CPU和GPU间来回传递
4. 确保给Accelerate传递正确的buffer格式

4. 总结

1. 采用预取和异步decode的方式
2. 使用UIImageView 和 UILabel来减少Backing Store
3. 不要无意中关闭了custom draw中系统尝试做的优化
4. 推荐使用 Image Assets
5. 不要过度依赖Preserve Vector DataP