iOS列表性能优化之异步绘制

2023-02-28 本文已影响0人懒懒的猫

一、背景

iOS所提供的UIKit框架，其工作基本是在主线程上进行，界面绘制、用户输入响应交互等等。当大量且频繁的绘制任务，以及各种业务逻辑同时放在主线程上完成时，便有可能造成界面卡顿，丢帧现象，即在16.7ms内未能完成1帧的绘制，帧率低于60fps黄金标准。目前常用的UITableView或UICollectionView，在大量复杂文本及图片内容填充后，如果没有优化处理，快速滑动的情况下易出现卡顿，流畅性差问题。

二、原理和思路

UIView 中有一个 CALayer 的属性，负责 UIView 具体内容的显示。
具体过程是系统会把 UIView 显示的内容（包括 UILabel 的文字，UIImageView 的图片等）绘制在一张画布上，完成后倒出图片赋值给 CALayer 的 contents 属性，完成显示。
这其中的工作都是在主线程中完成的，这就导致了主线程频繁的处理 UI 绘制的工作，如果要绘制的元素过多，过于频繁，就会造成卡顿。

解决方案使用异步绘制就是：

把 UIView 显示的内容（包括 UILabel 的文字，UIImageView 的图片等）绘制生成的 bitmap 在子线程完成。
然后在回到主线程把 bitmap 赋值给 view.layer.content 属性。

目前比较好的异步绘制框架，比如YYTextAsyncLayer

三、具体实现

那么是否可以将复杂的绘制过程放到后台线程中执行，从而减轻主线程负担，来提升 UI 流畅度呢？

可以的，系统给我们留下的异步绘制的口子，请看下面的流程图，它是我们进行基本绘制的基础:

image.png

首先 UIView 调用 setNeedsDisplay 方法
其次是调用其 layer 属性的同名方法（view.layer setNeedsDisplay）
这时 layer 并不会立刻调用 display 方法,而是要等到当前 runloop 即将结束的时候调用 display，进入到绘制流程。
在 UIView 中 layer.delegate 就是 UIView 本身，UIView 并没有实现 displayLayer: 方法，所以进入系统的绘制流程，我们可以通过实现 displayLayer: 方法来进行异步绘制。

所以去实现 displayLayer 方式，实现开启异步绘制入口

在“异步绘制入口”去开辟子线程，然后在子线程中实现和系统类似的绘制流程。

系统绘制流程

image.png

首先 CALayer 会在内部创建一个上下文环境 (CGContextRef)
然后判断 layer 是否有代理：
- 没有代理的话，就调用 layer 的 drawInContext: 方法
- 有代理的话，调用 delegate 的 drawLayer : inContext方法，这个方法实现是系统完成。
- 然后在合适的时机回调代理，调用 drawRect 默认操作是什么都不做（而之所以有这个接口,就是为了让我们在系统绘制之后,还可以做些自定义的绘制工作）。
最后无论是哪个分支都把 backing store (上下文环境) 的 bitmap 位图提交到 GPU，
也就是将生成的 bitmap 位图赋值给 layer.content 属性。

好了，下面是重点，如何实现异步绘制的过程

下面看一下异步绘制的时序图能更好的理解异步绘制流程：

image.png

首先在主线程调用 setNeedsdispay 方法
系统会在 runloop 将要结束的时候调用 [CAlayer display] 方法
如果我们的代理实现了dispayLayer 这个方法，会调用 dispayLayer 这个方法。我们可以去子线程里面进行异步绘制。子线程主要做的工作：

创建上下文
UI控件的绘制工作
生成对应的图片（bitmap）

4.主线程可以做其他工作

异步绘制完事之后，回到主线程，把绘制的 bitmap 赋值 view.layer.contents 属性中

面试考点

我们调用 [UIView setNeedsDisplay] 方法的时候，不会立马发送对应视图的绘制工作，为什么？

调用 [UIView setNeedsDisplay] 后，
然后会调用系统的同名方法 [view.layer setNeedsDisplay] 方法并在当前 view 上面打上一个脏标记
当前 Runloop 将要结束的时候才会调用 [CALyer display] 方法，然后进入到视图真正的绘制工作当中。

是否知道异步绘制？如何进行异步绘制？

基于系统开的口子 [layer.delegate dispayLayer:] 方法。

并且实现/遵从了 dispayLayer 这个方法，我们就可以进行异步绘制：
1）代理负责生产对应的 bitmap
2）设置 bitmap 作为 layer.contents 属性的值

代码：

#import <UIKit/UIKit.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface AsyncDrawLabel : UIView

@property (nonatomic, copy) NSString *text;
@property (nonatomic, strong) UIFont *font;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END


#import "AsyncDrawLabel.h"
#import <CoreText/CoreText.h>

@implementation AsyncDrawLabel

- (void)setText:(NSString *)text {
    _text = text;
}

- (void)setFont:(UIFont *)font {
    _font = font;
}


// 除了在drawRect方法中, 其他地方获取context需要自己创建[https://www.jianshu.com/p/86f025f06d62] coreText用法简介:[https://www.cnblogs.com/purple-sweet-pottoes/p/5109413.html]
 
- (void)displayLayer:(CALayer *)layer {
    CGSize size = self.bounds.size;
    CGFloat scale = [UIScreen mainScreen].scale;
    // 异步绘制，切换至子线程
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
        UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(size, NO, scale);
        // 获取当前上下文
        CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
        [self draw:context size:size];
        UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
        UIGraphicsEndImageContext();
        // 子线程完成工作，切换至主线程显示
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;
        });
    });
}

- (void)draw:(CGContextRef)context size:(CGSize)size {
    // 将坐标系上下翻转，因为底层坐标系和 UIKit 坐标系原点位置不同。
    CGContextSetTextMatrix(context, CGAffineTransformIdentity);
    // 文本沿着Y轴移动
    CGContextTranslateCTM(context, 0, size.height); // 原点为左下角
    // 文本反转成context坐标系
    CGContextScaleCTM(context, 1, -1);
    // 创建绘制区域
    CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
    CGPathAddRect(path, NULL, CGRectMake(0, 0, size.width, size.height));
    // 创建需要绘制的文字
    NSMutableAttributedString *attrStr = [[NSMutableAttributedString alloc]initWithString:self.text];
    [attrStr addAttribute:NSFontAttributeName value:self.font range:NSMakeRange(0, self.text.length)];
    // 根据attStr生成CTFramesetterRef
    CTFramesetterRef framesetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((CFAttributedStringRef)attrStr);
    CTFrameRef frame = CTFramesetterCreateFrame(framesetter, CFRangeMake(0, attrStr.length), path, NULL);
    // 将frame的内容绘制到content中
    CTFrameDraw(frame, context);
}

一次runloop回调，经常会执行多个绘制任务，这里考虑开辟多个线程去异步执行。首选并行队列可以满足，但为了满足性能效率的同时确保不过多的占用资源和避免线程间竞争等待，更好的方案应该是开辟多个串行队列单线程处理并发任务。
接下来的问题是，异步绘制创建几个串行队列合适？最大并发数参考SDWebImage图片下载并发数的限制数：6。

iOS列表性能优化之异步绘制

一、背景

二、原理和思路

三、具体实现

系统绘制流程

好了，下面是重点，如何实现异步绘制的过程

面试考点

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