离屏渲染浅析

GPU渲染机制：

CPU 计算好显示内容提交到 GPU，GPU 渲染完成后将渲染结果放入帧缓冲区，随后视频控制器会按照 VSync 信号逐行读取帧缓冲区的数据，经过可能的数模转换传递给显示器显示。

GPU屏幕渲染有以下两种方式：

• On-Screen Rendering

意为当前屏幕渲染，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

意为离屏渲染，指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。

特殊的离屏渲染：
如果将不在GPU的当前屏幕缓冲区中进行的渲染都称为离屏渲染，那么就还有另一种特殊的“离屏渲染”方式： CPU渲染。
如果我们重写了drawRect方法，并且使用任何Core Graphics的技术进行了绘制操作，就涉及到了CPU渲染。整个渲染过程由CPU在App内 同步地
完成，渲染得到的bitmap最后再交由GPU用于显示。
备注：CoreGraphic通常是线程安全的，所以可以进行异步绘制，显示的时候再放回主线程，一个简单的异步绘制过程大致如下

- (void)display {
   dispatch_async(backgroundQueue, ^{
       CGContextRef ctx = CGBitmapContextCreate(...);
       // draw in context...
       CGImageRef img = CGBitmapContextCreateImage(ctx);
       CFRelease(ctx);
       dispatch_async(mainQueue, ^{
           layer.contents = img;
       });
   });
}

离屏渲染的触发方式

设置了以下属性时，都会触发离屏绘制：

• shouldRasterize（光栅化）

• masks（遮罩）

• shadows（阴影）

• edge

• antialiasing（抗锯齿）

• group opacity（不透明）

• 复杂形状设置圆角等

• 渐变

其中shouldRasterize（光栅化）是比较特别的一种：
光栅化概念：将图转化为一个个栅格组成的图象。
光栅化特点：每个元素对应帧缓冲区中的一像素。shouldRasterize = YES在其他属性触发离屏渲染的同时，会将光栅化后的内容缓存起来，如果对应的layer及其sublayers没有发生改变，在下一帧的时候可以直接复用。shouldRasterize = YES，这将隐式的创建一个位图，各种阴影遮罩等效果也会保存到位图中并缓存起来，从而减少渲染的频度（不是矢量图）。相当于光栅化是把GPU的操作转到CPU上了，生成位图缓存，直接读取复用。当你使用光栅化时，你可以开启“Color Hits Green and Misses Red”来检查该场景下光栅化操作是否是一个好的选择。绿色表示缓存被复用，红色表示缓存在被重复创建。如果光栅化的层变红得太频繁那么光栅化对优化可能没有多少用处。位图缓存从内存中删除又重新创建得太过频繁，红色表明缓存重建得太迟。可以针对性的选择某个较小而较深的层结构进行光栅化，来尝试减少渲染时间。

注意：

对于经常变动的内容,这个时候不要开启,否则会造成性能的浪费

例如我们日程经常打交道的TableViewCell,因为TableViewCell的重绘是很频繁的（因为Cell的复用）,如果Cell的内容不断变化,则Cell需要不断重绘,如果此时设置了cell.layer可光栅化。则会造成大量的离屏渲染,降低图形性能。

离屏渲染的代价

相比于当前屏幕渲染，离屏渲染的代价是很高的，主要体现在两个方面：

• 创建新缓冲区

要想进行离屏渲染，首先要创建一个新的缓冲区。

• 上下文切换

离屏渲染的整个过程，需要多次切换上下文环境：先是从当前屏幕（On-Screen）切换到离屏（Off-Screen）；等到离屏渲染结束以后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上有需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕。而上下文环境的切换是要付出很大代价的。

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。

屏幕外渲染并不意味着软件绘制，但是它意味着图层必须在被显示之前在一个屏幕外上下文中被渲染（不论CPU还是GPU）。

所以当使用离屏渲染的时候会很容易造成性能消耗，因为在OPENGL里离屏渲染会单独在内存中创建一个屏幕外缓冲区并进行渲染，而屏幕外缓冲区跟当前屏幕缓冲区上下文切换是很耗性能的。

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。

这可能是苹果也意识到离屏渲染会产生性能问题，所以能不产生离屏渲染的地方苹果也就不用离屏渲染了。

参考自：

离屏渲染的研究
离屏渲染学习笔记

离屏渲染