离屏渲染

一、 iOS的渲染架构

架构图.jpg

我们可以看到，在Application这一层中主要是CPU在操作，而到了Render Server这一层，CoreAnimation会将具体操作转换成发送给GPU的draw calls（以前是call OpenGL ES，现在慢慢转到了Metal），显然CPU和GPU双方同处于一个流水线中，协作完成整个渲染工作。

二、离屏渲染定义

• 如果要在显示屏上显示内容，我们至少需要一块与屏幕像素数据量一样大的frame buffer(帧缓冲区)，作为像素数据的存储区域，而这也是GPU存储渲染结果的的地方。如果有时候因为面临一些限制，无法把渲染结果直接写入frame buffer ,而是先暂时存放在另外的内存区域（offscreen Buffer）,之后再写入frame buffer,称为离屏渲染。

离屏渲染的存在的问题

1、offScreenBuffer空间大小有限制，为屏幕像素点的2.5倍。
2、容易掉帧，产生性能问题。
3、渲染需要时间，会产生性能问题。

离屏渲染触发的几种情况：

1、使用mask（遮罩）的layer（layer.mask）.
2、需要进行裁剪的layer(layer.masksToBounds/ view.clipsToBounds)
3、设置了组透明度为YES，并且透明度不为1度layer（layer.allowsGroup/layer.opacity）
4、添加了投影的layer()
5、采用了shouldRasterize光栅化
6、绘制了文字的layer

总结：导致离屏渲染的是因为多个layer叠加合并渲染导致。

CPU”离屏渲染“

大家知道，如果我们在UIView中实现了drawRect方法，就算它的函数体内部实际没有代码，系统也会为这个view申请一块内存区域，等待CoreGraphics可能的绘画操作。

对于类似这种“新开一块CGContext来画图“的操作，有很多文章和视频也称之为“离屏渲染”（因为像素数据是暂时存入了CGContext，而不是直接到了frame buffer）。进一步来说，其实所有CPU进行的光栅化操作（如文字渲染、图片解码），都无法直接绘制到由GPU掌管的frame buffer，只能暂时先放在另一块内存之中，说起来都属于“离屏渲染”。

自然我们会认为，因为CPU不擅长做这件事，所以我们需要尽量避免它，就误以为这就是需要避免离屏渲染的原因。但是根据苹果工程师的说法，CPU渲染并非真正意义上的离屏渲染。另一个证据是，如果你的view实现了drawRect，此时打开Xcode调试的“Color offscreen rendered yellow”开关，你会发现这片区域不会被标记为黄色，说明Xcode并不认为这属于离屏渲染。

其实通过CPU渲染就是俗称的“软件渲染”，而真正的离屏渲染发生在GPU。

GPU离屏渲染

在上面的渲染流水线示意图中我们可以看到，主要的渲染操作都是由CoreAnimation的Render Server模块，通过调用显卡驱动所提供的OpenGL/Metal接口来执行的。通常对于每一层layer，Render Server会遵循“画家算法”，按次序输出到frame buffer，后一层覆盖前一层，就能得到最终的显示结果（值得一提的是，与一般桌面架构不同，在iOS中，设备主存和GPU的显存共享物理内存，这样可以省去一些数据传输开销）。

画家算法.png
然而有些场景并没有那么简单。作为“画家”的GPU虽然可以一层一层往画布上进行输出，但是无法在某一层渲染完成之后，再回过头来擦除/改变其中的某个部分——因为在这一层之前的若干层layer像素数据，已经在渲染中被永久覆盖了。这就意味着，对于每一层layer，要么能找到一种通过单次遍历就能完成渲染的算法，要么就不得不另开一块内存，借助这个临时中转区域来完成一些更复杂的、多次的修改/剪裁操作。

如果要绘制一个带有圆角并剪切圆角以外内容的容器，就会触发离屏渲染。我的猜想是（如果读者中有图形学专家希望能指正）：

将一个layer的内容裁剪成圆角，可能不存在一次遍历就能完成的方法
容器的子layer因为父容器有圆角，那么也会需要被裁剪，而这时它们还在渲染队列中排队，尚未被组合到一块画布上，自然也无法统一裁剪
此时我们就不得不开辟一块独立于frame buffer的空白内存，先把容器以及其所有子layer依次画好，然后把四个角“剪”成圆形，再把结果画到frame buffer中。这就是GPU的离屏渲染。

三、离屏渲染原理

在我们渲染一组layer时，若不使用离屏渲染，则会出现第一个layer渲染完后，存入帧缓冲区，然后显示在屏幕上，到第二个layer渲染完后，存入帧缓冲区，再显示再屏幕上，第一个layer就会消失，从而出现问题。
那么使用离屏渲染，系统会将每个layer渲染完的结果存放到离屏缓冲区（OffScreen Buffer），最后将这些layer存入帧缓冲区，进而显示到屏幕上，这样就能完整的显示整个图像。

总结：

1、离屏渲染只有当帧缓冲区一次性解决不了图形显示的时候，才会由系统自动触发
2、不是所有的圆角+maskToBounds都会触发离屏渲染
3、离屏渲染需要消耗性能，所以在常见可以优化的地方，不要触发离屏渲染
4、如果有性能特殊要求，可以通过打开光栅化shouldRasterize=YES;. 来进行离屏渲染的复用，如果这个layer需要以及可以被复用的话