iOS Core Animation Advanced Techniques-图层性能优化

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上十一章节：

1. 图层树
2. 图层的寄宿图
3. 图层几何学
4. 图层视觉效果
5. 图层变换
6. 专用图层
7. 隐式动画
8. 显式动画
9. 图层时间
10. 图层缓冲
11. 基于定时器的动画

这篇随笔主要介绍有关图层性能优化。

CPU VS GPU:

• 绘图与动画有两种方式：

1.CPU（中央处理器）

2.GPU（图形处理器）

• • 在图像处理上，正常GPU比CPU更高效，但GPU旦资源用完的话，性能就会开始下降了（即使CPU并没有完全占用）
  • 大多数动画性能优化都是关于智能利用GPU和CPU，使得它们都不会超出负荷。

渲染服务：

• 动画和屏幕上组合的图层实际上被一个单独的进程管理，而不是你的应用程序。这个进程就是所谓的渲染服务。

运行一段动画，分四大阶段：

• 1.布局
  • 准备你的视图/图层的层级关系，以及设置图层属性（位置，背景色，边框等等）的阶段
• 2.显示
  • 图层的寄宿图被绘制阶段，绘制有可能涉及-drawRect:和-drawLayer:inContext:方法的调用路径。
• 3.准备
  • Core Animation准备发送动画数据到渲染服务的阶段
• 4.提交
  • 最后的阶段，Core Animation打包所有图层和动画属性，然后通过IPC（内部处理通信）发送到渲染服务进行显示。
  • 一旦打包的图层和动画到达渲染服务进程，他们会被反序列化来形成另一个叫做渲染树的图层树。使用这个树状结构，渲染服务对动画的每一帧做出如下工作：
• 5.对所有的图层属性计算中间值，设置OpenGL几何形状（纹理化的三角形）来执行渲染
• 6.在屏幕上渲染可见的三角形
  • 5·6阶段 在动画过程中不停重复
  • 1-5阶段 在软件层面处理（通过CPU）
  • 6阶段 在GPU执行
  • 而且只能控制1·2阶段：
    • 布局与显示
  • 因此可以：
    • 在布局和显示阶段，决定哪些由CPU执行，哪些交给GPU去做

GPU相关操作：

• 大多数CALayer的属性都是用GPU来绘制，比如：
• 图层背景或者边框的颜色
• 会降低基于GPU图层绘制的事情：
  • 1.太多的几何结构
    • 图层在显示之前通过IPC发送到渲染服务器的时候，太多的图层就会引起CPU的瓶颈，限制了一次展示的图层个数
  • 2.重绘
    • 主要由重叠的半透明图层引起
  • 3.离屏绘制
    • 发生在当不能直接在屏幕上绘制，并且必须绘制到离屏图片的上下文中的时候
    • 为离屏图片分配额外内存，以及切换绘制上下文，这些都会降低GPU性能
    • 特定图层效果的使用，比如圆角，图层遮罩，阴影或者是图层光栅化都会强制Core Animation提前渲染图层的离屏绘制。
  • 4.过大的图片
    • 视图绘制超出GPU支持的2048x2048或者4096x4096尺寸的纹理，就必须要用CPU在图层每次显示之前对图片预处理，同样也会降低性能

CPU相关的操作：

• CPU都发生在动画开始之前，不会影响到帧率，但是他会延迟动画开始的时间，让你的界面看起来会比较迟钝。
• 会延迟CPU让动画开始的时间的事情：
  • 1.布局计算
    • 视图层级过于复杂，特别是使用iOS6的自动布局机制尤为明显
  • 2.视图惰性加载
  • 3.Core Graphics绘制
    • 对视图实现了-drawRect:方法，或者CALayerDelegate的-drawLayer:inContext:方法，在绘制任何东西之前都会产生一个巨大的性能开销。
    • 为了支持对图层内容的任意绘制，Core Animation必须创建一个内存中等大小的寄宿图片。
    • 一旦绘制结束之后，必须把图片数据通过IPC传到渲染服务器。Core Graphics绘制就会变得十分缓慢
  • 4.解压图片

IO相关操作：

• IO比内存访问更慢，所以如果动画涉及到IO，就是一个大问题。
• 示范例子：
  • //创建一个简单的显示模拟联系人姓名和头像列表的应用
  • //实时加载图片，而不是用–imageNamed:预加载
  • //添加一些图层阴影来使得列表显示得更真实
    • #import "ViewController.h"
    • #import <QuartzCore/QuartzCore.h>
    • @interface ViewController () <UITableViewDataSource>
    • @property (nonatomic, strong) NSArray *items;
    • @property (nonatomic, weak) IBOutlet UITableView *tableView;
    • @end
    • @implementation ViewController
    • - (NSString *)randomName
    • {
    • NSArray *first = @[@"Alice", @"Bob", @"Bill", @"Charles", @"Dan", @"Dave", @"Ethan", @"Frank"];
    • NSArray *last = @[@"Appleseed", @"Bandicoot", @"Caravan", @"Dabble", @"Ernest", @"Fortune"];
    • NSUInteger index1 = (rand()/(double)INT_MAX) * [first count];
    • NSUInteger index2 = (rand()/(double)INT_MAX) * [last count];
    • return [NSString stringWithFormat:@"%@ %@", first[index1], last[index2]];
    • }
    • - (NSString *)randomAvatar
    • {
    • NSArray *images = @[@"Snowman", @"Igloo", @"Cone", @"Spaceship", @"Anchor", @"Key"];
    • NSUInteger index = (rand()/(double)INT_MAX) * [images count];
    • return images[index];
    • }
    • - (void)viewDidLoad
    • {
    • [super viewDidLoad];
    • //set up data
    • NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    • for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    • //add name
    • [array addObject:@{@"name": [self randomName], @"image": [self randomAvatar]}];
    • }
    • self.items = array;
    • //register cell class
    • [self.tableView registerClass:[UITableViewCell class] forCellReuseIdentifier:@"Cell"];
    • }
    • - (NSInteger)tableView:(UITableView *)tableView numberOfRowsInSection:(NSInteger)section
    • {
    • return [self.items count];
    • }
    • - (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath
    • {
    • //dequeue cell
    • UITableViewCell *cell = [self.tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"Cell" forIndexPath:indexPath];
    • //load image
    • NSDictionary *item = self.items[indexPath.row];
    • NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:item[@"image"] ofType:@"png"];
    • //set image and text
    • cell.imageView.image = [UIImage imageWithContentsOfFile:filePath];//实时加载图片
    • cell.textLabel.text = item[@"name"];
    • //set image shadow
    • cell.imageView.layer.shadowOffset = CGSizeMake(0, 5);
    • cell.imageView.layer.shadowOpacity = 0.75;
    • cell.clipsToBounds = YES;
    • //set text shadow
    • cell.textLabel.backgroundColor = [UIColor clearColor];
    • cell.textLabel.layer.shadowOffset = CGSizeMake(0, 2);
    • cell.textLabel.layer.shadowOpacity = 0.5;
    • return cell;
    • }
  • /*
  • 以上代码运行时滑动经测试工具发现帧率只有14FPS
  • 仅凭直觉，我们猜测性能瓶颈应该在图片加载。于是想使用GCD异步加载图片，然后缓存。。。
  • 实则通过Instruments工具分析：
    • Time Profiler工具（查看各项任务使用CPU率的工具）：
      • -tableView:cellForRowAtIndexPath:中的CPU时间总利用率只有~28%（也就是加载头像图片的地方），非常低。
      • 于是建议是CPU/IO并不是真正的限制因素。
    • OpenGL ES Driver工具（检测GPU利用率的工具）：
      • 渲染服务利用率的值达到51%和63%，很高。
      • 看起来GPU需要做很多工作来渲染联系人列表。
    • Core Animation调试工具选项（检查屏幕）：
    • Color Blended Layers选项（混合绘制检测）：
      • 屏幕中所有红色的部分都意味着字符标签视图的高级别混合
      • 这很正常，因为我们把背景设置成了透明色来显示阴影效果。（设置透明属性会降低GPU性能）
      • 这就解释了为什么渲染利用率这么高了。
    • Color Offscreen-Rendered Yellow选项（离屏绘制检测）：
      • 黄色区域表示离屏绘制，发现所有的表格单元内容都在离屏绘制。
      • 是因为我们给图片和标签视图添加的阴影效果
      • 去掉代码中的阴影后发现帧率升到56 FPS，滑动流畅了
  • */
• 如何保持阴影效果而不影响性能呢？
  • 由于每一行的字符和头像在每一帧刷新的时候并不需要改变，因此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
  • 示范例子：//使用shouldRasterize提高性能
    • - (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;//重点
    • cell.layer.rasterizationScale = [UIScreen mainScreen].scale;
    • return cell;
    • }
  • /*
  • 我们仍然离屏绘制图层内容，但是由于显式地禁用了栅格化，Core Animation就对绘图缓存了结果，于是对提高了性能。
  • 通过Core Animation工具
  • Color Hits Green and Misses Red选项：
  • 绿色区域代表离屏绘制，大部分为绿色，
  • 红色代表非离屏绘制，当滑动的时候屏幕闪烁成红色
  • 所以我们最初的设想是错的。图片的加载并不是真正的瓶颈所在，而且试图把它置于一个复杂的多线程加载和缓存的实现都将是徒劳。
  • 所以在动手修复之前验证问题所在是个很好的习惯！
  • */

iOS Core Animation Advanced Techniques-图层性能优化

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原文地址：http://www.cnblogs.com/Jk-Chan/p/5270906.html