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如何使用shouldRasterize属性进行性能调优

CALayershouldRasterize属性可能很多人都没有听说过,即使是听说过也不知道这个属性开启后有什么意义,有什么应用场景。今天我们就来好好来说道说道。

1、何谓光栅化

rasterize,中文是光栅化。这个翻译反而让人更加疑惑了,光栅化是个什么东西。

我们先来看看shouldRasterize在苹果官方文档中的解释:

A Boolean that indicates whether the layer is rendered as a bitmap before compositing. Animatable

指示layer在合成之前是否被渲染为位图的布尔值。可动画

也就是说所谓光栅化就是把layer转化为位图的过程。

至于何为位图,可以看维基百科的解释(可能要翻墙)。

合成,是一个将不同位图放到一起来创建你最终在屏幕上看到图像的过程。

实际上我们可以把位图理解为图层树或者渲染树某个层级计算后得到的最终结果。合成完成后,最终把多张位图合成得到一张位图。

2、渲染过程

要彻底理解光栅化,还要理解iOS中界面的渲染过程。渲染是一个复杂的过程,要想说明白需要大量篇幅,我们这里长话短说:

首先CPU计算要显示的内容(包括创建视图,布局计算,图片解码等),得到图层树,然后将图层树通过一系列计算转成渲染树,渲染树的信息会提交给GPU。GPU通过6个阶段的工作后,将CPU和GPU计算后的数据显示在屏幕的每个像素点上。这6个阶段中就有光栅化。

理解渲染过程对于理解光栅化还是很重要的,这里有几篇文章供你参考:绘制像素到屏幕上. objc.io中国.ibireme. iOS 保持界面流畅的技巧.如何理解光栅化等概念.知乎

3、开启shouldRasterize意味着什么。

3.1 减少视图层级

设置一个CALayer的shouldRasterize=YES,相当于提前把一个CALayer光栅化。这个CALayer图层结构就被拍扁了,变成一张位图。

3.2 缓存得到图像,提高性能

启用shouldRasterize属性会将图层绘制到一个屏幕之外的图像,然后这个图像将会被缓存起来。缓存起来是一个重要的特性,它几乎决定了shouldRasterize的所有应用场景。

如果有很多的子图层或者有复杂的效果应用,开启shouldRasterize就会比重绘所有事务的所有帧划得来得多。但是光栅化原始图像需要时间,而且还会消耗额外的内存。所以需要根据实际情况取舍。

4、shouldRasterize的应用场景

通过上面shouldRasterize的理解,就不难得出shouldRasterize应该如何应用。

4.1 启用shouldRasterize提升复杂层级视图的性能

由于启用shouldRasterize得到的图像会被缓存起来。这大大减少了GPU的负担。试想在一个table view的cell中,有非常复杂的层级结构。滑动tableview的时候,GPU需要进行大量的合成,这有可能会导致性能问题。我们可以尝试将cell的layer的shouldRasterize打开提升性能。

4.2 启用shouldRasterize提升动画性能

对一个层级复杂的视图做动画时,也可以启用shouldRasterize避免GPU每帧都重新合成。

4.3 启用shouldRasterize改善离屏渲染的性能。

仍然是在一个table view的cell中,如果使用了阴影效果,那么会触发离屏渲染:

    //dequeue cell
    UITableViewCell *cell = [self.tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"Cell" forIndexPath:indexPath];
    ...
    //set text shadow
    cell.textLabel.backgroundColor = [UIColor clearColor];
    cell.textLabel.layer.shadowOffset = CGSizeMake(0, 2);
    cell.textLabel.layer.shadowOpacity = 0.5;”
复制代码

每一行的字符和头像在每一帧刷新的时候并不需要变,所以看起来UITableViewCell的图层非常适合做缓存。我们可以使用shouldRasterize来缓存图层内容。这将会让图层离屏之后渲染一次然后把结果保存起来,直到下次利用的时候去更新:

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath
 {
    //dequeue cell
    UITableViewCell *cell = [self.tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"Cell" forIndexPath:indexPath];
    ...
    //set text shadow
    cell.textLabel.backgroundColor = [UIColor clearColor];
    cell.textLabel.layer.shadowOffset = CGSizeMake(0, 2);
    cell.textLabel.layer.shadowOpacity = 0.5;
    //rasterize
    cell.layer.shouldRasterize = YES;
    cell.layer.rasterizationScale = [UIScreen mainScreen].scale;
    return cell;
}
复制代码

4.4 实际测量而不是猜测

在使用上述手段优化之前,首先要通过实际真机测试,确定出现了性能问题。优化之后,还要真机测试,确认解决了性能问题。

在一个经常会变化的layer中开启shouldRasterize是没有多大意义的,因为缓存的总是会被重新创建,而光栅化还要消耗性能,没准适得其反。

下面是开发工具提供的几个常用的测量方式:

  • Instrument的Core Animation可以监控Core Animation的性能,我们可以用它监控FPS等指标。

  • Xcode->Debug->View Debuging->Rendering->Color Offscrenn-rended Yellow可以为触发了离屏渲染的layer着黄色。

  • Xcode->Debug->View Debuging->Rendering->Hits Green and Misses Red 这个指标可以反映我们通过尝试开启shouldRasterize提升性能的时候是不是达到了预期效果。 当使用shouldRasterize属性的时候,耗时的图层绘制会被缓存,然后当做一个简单的扁平图片呈现。当缓存再生的时候这个选项就用红色对栅格化图层进行了高亮,缓存被重复使用的话就会以绿色进行高亮。如果缓存频繁再生的话(红色太多),就意味着栅格化可能会有负面的性能影响了。

参考:

[1] 绘制像素到屏幕上. objc.io中国.

[2] ibireme. iOS 保持界面流畅的技巧.

[3] 如何理解光栅化等概念.知乎

[4] 戴铭.iOS开发高手课第42讲《iOS原生、大前端和Flutter分别是怎么渲染的?.极客时间

[5] ibireme. 深入理解RunLoop.

[6] Nick Lockwood. iOS Core Animation: Advanced Techniques 中文译本

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