图片裁剪/缩略性能探究
最近搞图片缩略，总结了几种不同方式的。具体如下
UIKit
UIGraphicsBeginImageContext & drawInRect
- (UIImage*)scaleWithUIKit:(CGSize)size {
TICK
CGFloat width = self.size.width;
CGFloat height = self.size.height;
if (width * height ==0) {
return self;
}
float verticalRadio = size.height * 1.0 / height;
float horizontalRadio = size.width * 1.0 / width;
floatradio = 1;
if (verticalRadio <1 || horizontalRadio <1) {
radio = MIN(verticalRadio, horizontalRadio);
}
width = width * radio;
height = height * radio;
// 创建一个bitmap的context 并把它设置成为当前正在使用的context
UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(width - 1, height - 1));
// 绘制改变大小的图片
[self drawInRect:CGRectMake(0,0, width, height)];
// 从当前context中创建一个改变大小后的图片
UIImage *scaledImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
// 使当前的context出堆栈
UIGraphicsEndImageContext();
TOCK
// 返回新的改变大小后的图片
return scaledImage;
}
PS: 其中的TICK 和 TOCK 定义如下
#define TICK CFAbsoluteTime before = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
#define TOCK NSLog(@"resize: %.2f ms", (CFAbsoluteTimeGetCurrent() - before) *1000);
// UIKit
NSString*path = [[NSBundlemainBundle]pathForResource:nameofType:exts];
UIImage*image = [UIImageimageWithContentsOfFile:path];
image = [imagescaleWithUIKit:UPLOAD_IMG_SIZE];
使用Time Profiler查看系统的调用过程，结果如下：
image
可以看出scaleImage方法中，[UIImage imageWithContentOfFile:]方法耗时11.00ms，scaleWithUIKit:方法耗时34.00ms，而[UIImage imageWithContentOfFile:]方法具体做了什么，可以参考我的另一篇文章图片ImageI/O解码探究
我们看下scaleWithUIKit:方法具体做了什么：
PNG的scaleWithUIKit
可以看出来，调用了PNGPlugin库中的_cg_png_read_row方法，进行了图片解码。只不过，获取图片的过程在[UIImage imageWithContentOfFile:]方法中，进行了解压缩。
JPEG的scaleWithUIKit
可以看出来，scaleWithUIKit方法中，调用了AppleJPEGPlugin库中的FigPhotoJPEGDecodeJPEGIntoRGBSurface方法进行了解码。
CoreGraphics
CGBitmapContextCreate & CGContextDrawImage & CGBitmapContextCreateImage
- (UIImage*)resizeCG:(CGSize)size {
TICK
if (!self) {
return nil;
}
CGFloat width = self.size.width;
CGFloat height = self.size.height;
if (width * height == 0) {
return self;
}
float verticalRadio = size.height * 1.0 / height;
float horizontalRadio = size.width * 1.0 / width;
floatradio =1;
if (verticalRadio <1 || horizontalRadio <1) {
radio = MIN(verticalRadio, horizontalRadio);
}
width = width * radio;
height = height * radio;
CGImageRefimageRef = self.CGImage;
size_t bitsPerComponent = CGImageGetBitsPerComponent(imageRef);
size_t bytesPerRow = CGImageGetBytesPerRow(imageRef);
CGColorSpaceRef colorSpaceRef = CGImageGetColorSpace(imageRef);
CGBitmapInfo bitmapInfo = CGImageGetBitmapInfo(imageRef);
CGContextRefcontext =CGBitmapContextCreate(NULL, width, height, bitsPerComponent, bytesPerRow, colorSpaceRef, bitmapInfo);
if (!context) return nil;
CGContextDrawImage(context,CGRectMake(0,0, width, height), imageRef);// decode
CGImageRef newImageRef = CGBitmapContextCreateImage(context);
UIImage *newImage = [UIImageimageWithCGImage:newImageRef];
CFRelease(context);
CGImageRelease(newImageRef);
TOCK
return newImage;
}
调用过程如下：
PNG的resizeCG
其中的resizeCG耗时14.00ms，其中也进行了解码。
JPEG的resizeCG
可以看出，resizeCG方法耗时28.00ms，其中也进行了解码。(耗时过程有可能有误差)
PS: 在iOS11.0~iOS11.4版本中，由于苹果手机快捷键屏幕截屏生成的图片中的bitmap信息产生了变化，导致上面的Core Graphics方法使用过程中报错CGBitmapContextCreate: unsupported parameter combination，因此需要作出更改，具体报错分析请移步至CGBitmapContextCreate: unsupported parameter combination问题调查及解决
ImageIO
CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex
- (UIImage*)resizeWithData:(NSData*)data scaleSize:(CGSize)size {
if (!data) {
returnnil;
}
// Create the image source
CGImageSourceRef imageSourceRef = CGImageSourceCreateWithData((__bridge CFDataRef)data, NULL);
if (!imageSourceRef) {
return nil;
}
CGFloat maxPixelSize = MAX(size.width, size.height);
// Create thumbnail options
CFDictionaryRef options = (__bridge CFDictionaryRef) @{ (__bridgeid)kCGImageSourceShouldCacheImmediately: (__bridgeid)kCFBooleanFalse,
(__bridgeid)kCGImageSourceShouldCache: (__bridgeid)kCFBooleanFalse,
(__bridgeid)kCGImageSourceCreateThumbnailFromImageAlways: (__bridgeid)kCFBooleanTrue,
(__bridgeid)kCGImageSourceThumbnailMaxPixelSize: [NSNumbernumberWithFloat:maxPixelSize]
};
// Generate the thumbnail
CGImageRefimageRef = CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex(imageSourceRef, 0, options);
UIImage*thumbnailImage = [UIImageimageWithCGImage:imageRef];
CFRelease(imageSourceRef);
CGImageRelease(imageRef);
return thumbnailImage;
}
改方法是传入的NSData对象，是未解压的数据，ImageI/O接受未解压的数据，进行decompress，然后再解码进行图片的缩略。针对ImageI/O的解码，请移步至图片ImageI/O解码探究
CoreImage
- (CIContext*)contextWithOptions: & createCGImage: fromRect:
- (UIImage *)resizeCI:(CGSize)size {
if (!self) {
return nil;
}
CGFloat width = self.size.width;
CGFloat height = self.size.height;
if (width * height ==0) {
return self;
}
floatverticalRadio = size.height * 1.0 / height;
floathorizontalRadio = size.width * 1.0 / width;
floatradio =1;
if (verticalRadio < 1 || horizontalRadio < 1) {
radio = MIN(verticalRadio, horizontalRadio);
}
CIImage *image = [CIImage imageWithCGImage:self.CGImage];
CIFilter *filter = [CIFilter filterWithName:@"CILanczosScaleTransform"];
[filter setValue:image forKey:kCIInputImageKey];
[filter setValue:[NSNumber numberWithFloat:radio] forKey:kCIInputScaleKey];
[filter setValue:[NSNumber numberWithFloat:1.0] forKey:kCIInputAspectRatioKey];
CIImage *outputImage = [filtervalueForKey:kCIOutputImageKey];
if (!outputImage) {
returnnil;
}
CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:@{kCIContextUseSoftwareRenderer: @NO}];
CGImageRefoutputImageRef = [contextcreateCGImage:outputImagefromRect:outputImage.extent];
UIImage*newImage = [UIImageimageWithCGImage:outputImageRef];
CGImageRelease(outputImageRef);
return newImage;
}
PNG的resizeCI
可以看到改方法中调用了CoreImage中的CIMetalRenderToTextures，这句话是将缓冲区的数据渲染到纹理，整个过程是将图片渲染到画布的一环，其中进行了解码操作。
JPEG的resizeCI
同样看到了JPEG格式的图片，也进行了纹理渲染。
vImage
- (UIImage*)resizeVI:(CGSize)size {
if (!self) {
return nil;
}
CGFloat width = self.size.width;
CGFloat height = self.size.height;
floatverticalRadio = size.height * 1.0 / self.size.height;
floathorizontalRadio = size.width * 1.0 / self.size.width;
floatradio =1;
if (verticalRadio < 1 || horizontalRadio < 1) {
radio = MIN(verticalRadio, horizontalRadio);
}
width = width * radio;
height = height * radio;
CGImageRef imageRef = self.CGImage;
uint32_t bitsPerComponent = (uint32_t)CGImageGetBitsPerComponent(imageRef);
uint32_t bitsPerPixel = (uint32_t)CGImageGetBitsPerPixel(imageRef);
CGColorSpaceRef colorSpaceRef = CGImageGetColorSpace(imageRef);
CGBitmapInfo bitmapInfo = CGImageGetBitmapInfo(imageRef);
vImage_CGImageFormat cgfromat = {
.bitsPerComponent= bitsPerComponent,
.bitsPerPixel = bitsPerPixel,
.colorSpace = colorSpaceRef,
.bitmapInfo = bitmapInfo,
.version = 0,
.decode = nil,
.renderingIntent = kCGRenderingIntentDefault,
};
vImage_Buffer sourceBuffer = {};
// 首先，创建一个buffer，可以用vImage提供的CGImage的便携构造方法，里面需要传入原始数据所需要的format，这里就是ARGB8888
vImage_Error a_ret = vImageBuffer_InitWithCGImage(&sourceBuffer, &cgfromat, NULL, imageRef, kvImageNoFlags);
// 所有vImage的方法一般都有一个result，判断是否成功
if (a_ret != kvImageNoError) return NULL;
// create a destination buffer
vImage_Buffer destBuffer = {};
CGFloatscale =self.scale;
uint32_t bytesPerPixel = bitsPerPixel / 8;
uint32_t destBytesPerRow = bytesPerPixel * width;
destBuffer.width = width;
destBuffer.height = height;
destBuffer.rowBytes = destBytesPerRow;
destBuffer.data = malloc(destBuffer.rowBytes* destBuffer.height);
vImage_Error ret = vImageScale_ARGB8888(&sourceBuffer, &destBuffer, NULL, kvImageHighQualityResampling);
if (ret != kvImageNoError) return NULL;
CGImageRef outputImage = vImageCreateCGImageFromBuffer(&destBuffer, &cgfromat,NULL,NULL,kvImageNoFlags, &ret);
if (ret != kvImageNoError) return NULL;
UIImage *image = [[UIImage alloc] initWithCGImage:outputImage scale:scale orientation:self.imageOrientation];
free(sourceBuffer.data);
free(destBuffer.data);
return image;
}
vImage对于大多人来说比较陌生，看下vImage的过程：
PNG的resizeVI
同样是经过了解码过程。而且注意，vImage底层解码也是使用的ImageI/O的方法。
JPEG的resizeVI
由此可见，vImage底层的解码实现也是通过ImageI/O框架的方法。
当然，一些buffer的操作，以及vImageScale等操作是使用的vImage。其中涉及一些buffer的切换等操作。
以上五种方法，分别进行将512x384、1024x768、2048x1536三种尺寸的PNG和JPEG图片缩略至256x192，统计了他们各自的耗时。
因为ImageI/O接受的入参是NSData对象，会经过解压缩并解码缩略，为了实验的公平性，其他四种入参为UIimage对象的方法，会将入参UIimage的生成过程时间也算进去。这样一来，统计了五种从path获取到的图片进行缩略的大致时间，统计如下：
PNG耗时统计
JPEG耗时统计
根据统计结果可以看出，CoreImage框架的方法性能相对较差，其中的CoreGraphics和ImageI/O相对比较突出些，由于实验材料不够充分，更大尺寸的图片没有测试，但是UIKit会随着尺寸的增大，耗时会有较大的增加。同时，JPEG格式的图片相对于PNG格式的图片整体性能更好。
苹果官方在Performance Best Practices section of the Core Image Programming Guide部分中特别推荐使用Core Graphics或Image I / O功能预先裁剪或缩小图像。
那么基本确定了最好是使用CoreGraphics或者ImageI/O这两种方案。但是，影响性能并不只是耗时，同时内存的分配也是考量的重要方面。下面，针对CoreGraphics和ImageI/O，我们看一下两者分配内存的区别。
使用Instrments中的Allocations工具，查看内存分配的情况。为了使实验效果明显，我们使用一张12000x12000尺寸的JPEG图片，大小为20.9MB。我们的目标是将这张图片缩略到长宽不能超过256。
CoreGraphics
缩略之前：
CoreGraphics缩略之前的内存情况
请注意勾选的 VM:CG image 一栏，此时该栏总共分配了16.00KiB的内存空间，此时依然留存16.00KiB的空间。（Total Bytes表示总共分配的内存空间大小，Persistent Bytes表示目前没有被回收的、依然使用的内存空间）
下面进行缩略，缩略之后：
CoreGraphics缩略之后的内存情况
VM:CG image 一栏在缩略之后，虽然最终的Persistent Bytes依然是16KiB，但是这个工程中Total Bytes为11.78MiB，也就是过程中临时分配了11+MiB的空间，虽然最后多余的内存都被回收了，但是证明了在缩略过程中的瞬时消耗内存多大11+MiB。内存的暴涨经常会造成APP闪退。
之所以如此，是因为CGContextDrawImage时，先解码图片，再生成原始分辨率大小的bitmap，这个位图大致相关于 图片像素宽度 x 图片像素高度 x 4。
ImageI/O
那么ImageI/O如何呢？我们来试验下
缩略之前：
ImageI/O缩略之前的内存情况
缩略之前跟CoreGraphics是一致的，在此不多赘述。
缩略之后:
ImageI/O缩略之后的内存情况
VM:CG image 一栏在缩略之后，最终的Persistent Bytes依然是16KiB，Total Bytes为仅仅为320.00KiB，相对于使用CoreGraphics，ImageI/O在缩略过程中，不会生成对应的bitmap，大大降低了瞬时峰值，而且图片越大这种效果越明显。
结论：
1、推荐使用CoreGraphics或者ImageI/O进行缩略操作
2、越大的图片，更推荐使用ImageI/O，会大大降低瞬时内存的峰值
参考文献:
