iOS离屏渲染原理和优化

几乎做iOS开发的人都知道，设置圆角会触发离屏渲染，那么什么情况下设置圆角不会触发离屏渲染呢，为什么会触发离屏渲染。

油画算法

计算机图层的叠加绘制大概遵循油画算法，在这种算法下会按层绘制，首先绘制距离较远的场景，然后用绘制距离较近的场景覆盖较远的部分，如下图。

这样就不会导致远的物体挡住近的物体，但是有个局限，就是无法在后面一层渲染完成后，再回去修改前面图层，因为前面的图层已经被覆盖了

离屏渲染

对于有前后依赖的图层（如全局剪切，阴影等），油画算法无法满足我们的需求，对于有前后依赖的图层，我们可以再另开辟一个空间，用于临时渲染，渲染完成后再渲染到当前的缓冲区上，这个临时渲染，就是离屏渲染，由于需要开辟一个新的内存空间，并且共享同一个上下文，所以还需要做上下文切换（状态切换），并且渲染完成后还要进行拷贝操作

开辟临时缓存空间
上下文切换，上下文对象比较大，切换操作会带来一定的性能消耗
内存拷贝
额外的渲染（没有进一步考证）

上面4项带来的开销会很大，并且每一帧渲染都需要执行，如果屏幕上触发离屏渲染的操作过多，会导致GPU渲染时间过长造成卡顿，应该避免触发离屏渲染

iOS圆角问题

官方文档关于layer.cornerRadius的描述

layer.cornerRadius只作用backgroundColor和border，不会作用于content，支持动画

离屏渲染是GPU无法按油画算法一次性渲染完我们的视图才会触发，我们先来看几个iOS的例子，模拟器打开Color Off-screen Rendered

// 1. UIImageView
let imageView = UIImageView(frame: CGRect(x: 50, y: 100, width: 300, height: 200))
self.view.addSubview(imageView)
imageView.image = UIImage.init(named: "test.jpg")

// image + cornerRadius + masksToBounds 不会触发离屏渲染
imageView.layer.cornerRadius = 10
imageView.layer.masksToBounds = true

// 触发离屏渲染
imageView.backgroundColor = UIColor.green
// 添加一个空的UIView不会触发离屏渲染
// imageView.addSubview(UIView(frame: CGRect(x: 0, y: 0, width: 10, height: 10)))

// 2. UIButton
let button = UIButton(type: .custom)
button.frame = CGRect(x: 50, y: 300 + 50, width: 300, height: 50)
self.view.addSubview(button)
button.setTitle("Test", for: .normal)
button.setTitleColor(UIColor.blue, for: .normal)
button.layer.cornerRadius = 10
button.layer.masksToBounds = true

// 触发离屏渲染
button.backgroundColor = UIColor.green
// 触发离屏渲染
button.setBackgroundImage(UIImage(named: "test.jpg"), for: .normal)

// 3. UIView
let view = UIView(frame: CGRect(x: 50, y: 400 + 50, width: 300, height: 50))
self.view.addSubview(view)
view.backgroundColor = UIColor.red
view.layer.cornerRadius = 10
view.layer.masksToBounds = true

// label如果被渲染，则会触发渲染，如果text为空不会被渲染
let label = UILabel(frame: CGRect(x: 10, y: 10, width: 1, height: 1))
label.text = "1"
view.addSubview(label)

如果设置了cornerRadius+masksToBounds（裁切），并且用于渲染的图层大于1，就会触发离屏渲染，其中如果设置backgroundColor，背景颜色相当于一个单独一个图层，subviews的图层也算，UILabel如果text为空（subviews为空，backgroundColor为空），则不会生成渲染图层

所以设置了cornerRadius+masksToBounds的

UIImageView设置图片不会触发离屏渲染
UIView设置了背景颜色，但不添加subview，不会触发离屏渲染
UILabel设置了文字，并且设置了backgroundColor，会触发离屏渲染
UIButton只设置文字和背景，会触发离屏渲染

优化圆角问题

基于上面的问题，我们可以有几个优化方向

避免使用裁切(masksToBounds)操作，如果我们能确保View里面的内容不会溢出，就可以不用masksToBounds
即使要用到裁切的操作，尽量放到子view里面，不要在上层view使用masksToBounds，因为裁切需要对所有的layer和subview所有图层都进行裁切，这样离屏渲染会需要更大的空间，裁切更多的图层，应该只对必要的view/layer进行裁切
提前切好需要的圆角，避免渲染的时候再切

其他触发离屏渲染的情况

使用了遮罩的 layer (layer.mask)
需要进行裁剪的 layer (layer.masksToBounds / view.clipsToBounds)
设置了组透明度为 YES，并且透明度不为 1 的layer (layer.allowsGroupOpacity / layer.opacity)
添加了投影的 layer (layer.shadow)，但如果设置了shadowPath，则系统已经知道如何绘制阴影了，不会触发离屏渲染
采用了光栅化的 layer (layer.shouldRasterize)，光栅化也可以优化离屏渲染问题
绘制了文字的 layer (UILabel, CATextLayer, CoreText等)

毛玻璃

在iOS系统中，毛玻璃效果应用的非常广泛，从上面分析也可以知道，这个肯定会触发离屏渲染的，图层之间存在依赖，下面是UIBlurEffect的处理过程

在GPU的渲染过程如下图

GPU在渲染完Content之后，会另外开辟一个Off-screen buffer，执行下面步骤，最后再做合并处理，最后再拷贝回On-screen buffer上