何为离屏渲染?

我们看到的屏幕上的数据展示有两种加载流程:

1、正常渲染加载流程
2、离屏渲染加载流程
如下图所示:


可以看出,离屏渲染比正常渲染多了一个离屏缓冲区,这个缓冲区的作用是什么呢?为什么要加这个缓冲区呢?

首先,说说正常渲染流程

正常渲染流程

APP中的数据经过CPU计算和GPU渲染后,将结果存放在帧缓冲区,利用视频控制器从帧缓冲区中取出,并显示到屏幕上。

在GPU的渲染流程中,显示到屏幕上的图像是遵循画家算法按照由远及近的顺序,依次将结果存储到帧缓冲区
视频控制器从帧缓冲区中读取一帧数据,将其显示到屏幕上后,会立即丢弃这帧数据,不会做任何保留,这样做的目的是可以节省空间,且在屏幕上是各自显示各自的,互相不影响。


画家算法
正常渲染数据读取
离屏渲染流程

当App需要进行额外的渲染和合并时,例如按钮设置圆角,我们是需要对UIButton这个控件中的所有图层都进行圆角+裁剪,然后再将合并后的结果存入帧缓存区,再从帧缓存中取出交由屏幕显示,这时,在正常的渲染流程中,我们是无法做到对所有图层进行圆角裁剪的,因为它是用一个丢一个。所以我们需要提前将处理好的结果放入离屏缓冲区,最后将几个图层进行叠加合并,存放到帧缓冲区,最后屏幕上就是我们想实现的效果。

离屏渲染数据读取

由此可以看出,离屏缓存区就是一个临时的缓冲区,用来存放在后续操作使用,但目前并不使用的数据。

离屏渲染再给我们带来方便的同时,也带来了严重的性能问题。由于离屏渲染中的离屏缓冲区,是额外开辟的一个存储空间,当它将数据转存到Frame Buffer时,也是需要耗费时间的,所以在转存的过程中,仍有掉帧的可能。
离屏缓冲区的空间并不是无限大的,最大只能是屏幕的2.5倍
那为什么我们明知有性能问题时,还是要使用离屏渲染呢?

可以处理一些特殊的效果,这种效果并不能一次就完成,需要使用离屏缓冲区来保存中间状态,不得不使用离屏渲染,这种情况下的离屏渲染是系统自动触发的,例如经常使用的圆角、阴影、高斯模糊、光栅化等
可以提升渲染的效率,如果一个效果是多次实现的,可以提前渲染,保存到离屏缓冲区,以达到复用的目的。这种情况是需要开发者手动触发的。

注意:通常会触发离屏渲染,除了圆角、剪裁外,还有设置了透明度+组透明(layer.allowsGroupOpacity+layer.opacity),阴影属性(shadowOffset 等)因为组透明度、阴影都是和裁剪类似的,会作用与 layer 以及其所有 sublayer 上,这就导致必然会引起离屏渲染。

离屏渲染的另一个情况:光栅化(shouldRasterize )

官方文档


由文档中我们可以看出,当开启光栅化时,会将layer渲染成位图保存在缓存中,这样在下次使用时,就可以直接复用,提高效率。

shouldRasterize使用建议:

layer不复用,没必要使用shouldRasterize
layer不是静态的,也就是说要频繁的进行修改,没必要使用shouldRasterize
时间方面:离屏渲染缓存有100ms时间限制,超过该时间的内容会被丢弃,进而不能达到复用的目的
空间方面:离屏渲染空间是屏幕像素的2.5倍,如果超过也无法复用。

圆角与离屏渲染

首先说明下CALayer的构成,如图所示,它是由backgroundColor、contents、borderWidth&borderColor构成的。跟我们即将研究的圆角触发离屏渲染息息相关。


CALayer结构(官方图示)
圆角设置不生效问题!

在平常写代码时,比如UIButton设置圆角,当设置好按钮的image、cornerRadius、borderWidth、borderColor等属性后,运行发现并没有实现我们想要的效果

      let btn = UIButton(type: .custom)
        btn.frame = CGRect(x: 100, y: 60, width: 100, height: 100)
        //设置圆角
        btn.layer.cornerRadius = 50
        //设置border宽度和颜色
        btn.layer.borderWidth = 2
        btn.layer.borderColor = UIColor.red.cgColor
        self.view.addSubview(btn0)
        //设置背景图片
        btn.setImage(UIImage(named: "cat"), for: .normal)

当我们运行时,我们发现没有效果如下图:


圆角没效果

看到上面的情况大家都会设置masksToBounds为 true,解决的方法很简单,但原理是大部人都没有去仔细研究的。
让我们看看苹果官方文档:

苹果官方文档

官方文档告诉我们,设置cornerRadius只会对CALayer中的backgroundColor 和 boder设置圆角,不会设置contents的圆角,如果contents需要设置圆角,需要同时将maskToBounds / clipsToBounds设置为true。

所以我们可以理解为圆角不生效的根本原因是没有对contents设置圆角,而按钮设置的image是放在contents里面的,所以看到的界面上的就是image没有进行圆角裁剪。

下面我们通过几段代码来说明 圆角设置中什么时候会离屏渲染触发
首先,需要打开模拟器的离屏渲染颜色标记


离屏渲染标记开启方式
1、按钮 仅设置背景颜色+border
  let btn01 = UIButton(type: .custom)
  btn01.frame = CGRect(x: 100, y: 200, width: 100, height: 100)
               //设置圆角
   btn01.layer.cornerRadius = 50
               //设置border宽度和颜色
    btn01.layer.borderWidth = 4
    btn01.layer.borderColor = UIColor.blue.cgColor
    self.view.addSubview(btn01)
               //设置背景颜色
    btn01.backgroundColor = UIColor.yellow   

在这种情况下,无论是使用默认的maskToBounds / clipsToBounds(false),还是将其修改为true,都不会触发离屏渲染,究其根本原因是 contents中没有需要圆角处理的layer。


2、按钮设置背景图片+boder
  let btn0 = UIButton(type: .custom)
        btn0.frame = CGRect(x: 100, y: 60, width: 100, height: 100)
               //设置圆角

        btn0.layer.cornerRadius = 50
               //设置border宽度和颜色
        btn0.layer.borderWidth = 2
              
        btn0.layer.borderColor = UIColor.red.cgColor
        self.view.addSubview(btn0)
         //设置背景图片

        btn0.setImage(UIImage(named: "cat.jpg"), for: .normal)

使用默认的maskToBounds / clipsToBounds(false)
这种情况就是最开始我们讲到的圆角设置不生效的情况,就不再多做说明了

maskToBounds / clipsToBounds 修改为true


离屏渲染示意图
3、ImageView设置背景+圆角
 let imageView = UIImageView()
  imageView.frame = CGRect(x: 100, y: 60, width: 100, height: 100)
  imageView.layer.backgroundColor = UIColor.red.cgColor
   imageView.layer.cornerRadius = 50
       
 self.view.addSubview(imageView)

这种情况会得到圆角的且不会触发离屏渲染。


4、ImageView设置图片+圆角
 let imageView = UIImageView()
        imageView.frame = CGRect(x: 100, y: 60, width: 100, height: 100)
//        imageView.layer.backgroundColor = UIColor.red.cgColor
        imageView.layer.cornerRadius = 50
        imageView.image = UIImage(named: "cat.jpg")
        imageView.clipsToBounds = true
        self.view.addSubview(imageView)

此时我们不设置背景色,这种情况会得到圆角的且不会触发离屏渲染。


5、ImageView设置图片+圆角+背景色
 let imageView = UIImageView()
  imageView.frame = CGRect(x: 100, y: 60, width: 100, height: 100)
   imageView.layer.backgroundColor = UIColor.red.cgColor
        imageView.layer.cornerRadius = 50
        imageView.image = UIImage(named: "cat.jpg")
        imageView.clipsToBounds = true
        self.view.addSubview(imageView)

我们发现这时得到了圆角但是触发了离屏渲染


总结

当只设置backgroundColor、border,而contents中没有子视图时,无论maskToBounds / clipsToBounds是true还是false,都不会触发离屏渲染
当contents中有子视图时,此时设置 cornerRadius+maskToBounds / clipsToBounds,就会触发离屏渲染

优化、

常见的圆角导致的离屏渲染的处理方法

方案1
_imageView.clipsToBounds=YES;
_imageView.layer.cornerRadius=4.0;
方案2
方案3
方案4
最后,大家看下YYImage的对于圆角的处理代码。
- (UIImage *)yy_imageByRoundCornerRadius:(CGFloat)radius 
 corners:(UIRectCorner)corners 
 borderWidth:(CGFloat)borderWidth 
 borderColor:(UIColor *)borderColor 
 borderLineJoin:(CGLineJoin)borderLineJoin { 
 if (corners != UIRectCornerAllCorners) { 
 UIRectCorner tmp = 0; 
 if (corners & UIRectCornerTopLeft) tmp |= UIRectCornerBottomLeft; 
 if (corners & UIRectCornerTopRight) tmp |= UIRectCornerBottomRight; 
 if (corners & UIRectCornerBottomLeft) tmp |= UIRectCornerTopLeft; 
 if (corners & UIRectCornerBottomRight) tmp |= UIRectCornerTopRight; 
 corners = tmp; 
 } 
 UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(self.size, NO, self.scale); 
 CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); 
 CGRect rect = CGRectMake(0, 0, self.size.width, self.size.height); 
 CGContextScaleCTM(context, 1, -1); 
 CGContextTranslateCTM(context, 0, -rect.size.height); 
 CGFloat minSize = MIN(self.size.width, self.size.height); 
 if (borderWidth < minSize / 2) { 
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:CGRectInset(rect, borderWidth, borderWidth) byRoundingCorners:corners 
cornerRadii:CGSizeMake(radius, borderWidth)]; 
 [path closePath]; 
 CGContextSaveGState(context); 
 [path addClip]; 
 CGContextDrawImage(context, rect, self.CGImage); 
 CGContextRestoreGState(context); 
 } 
 if (borderColor && borderWidth < minSize / 2 && borderWidth > 0) { 
 CGFloat strokeInset = (floor(borderWidth * self.scale) + 0.5) / self.scale; 
 CGRect strokeRect = CGRectInset(rect, strokeInset, strokeInset); 
 CGFloat strokeRadius = radius > self.scale / 2 ? radius - self.scale / 2 : 0; 
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:strokeRect byRoundingCorners:corners cornerRadii:CGSizeMake(strokeRadius, 
borderWidth)]; 
 [path closePath]; 
 path.lineWidth = borderWidth; 
 path.lineJoinStyle = borderLineJoin; 
 [borderColor setStroke]; 
}
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