离屏渲染

什么是离屏渲染？

离屏渲染（Off-Screen Rendering）顾名思义，指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。如果要在显示屏上显示内容，我们至少需要一块与屏幕像素数据量一样大的frame buffer，作为像素数据存储区域，而这也是GPU存储渲染结果的地方。如果有时因为面临一些限制，无法把渲染结果直接写入frame buffer，而是先暂存在另外的内存区域，之后再写入frame buffer，那么这个过程被称之为离屏渲染。

渲染结果是先经过离屏buffer,再到frame buffer。

常见触发离屏渲染？

测试环境（Xcode12.5.1、iPhone 12、iOS 14.5）

设置cornerRadius并不一定就会触发离屏渲染。

UIImageView为例：

cornerRadius+clipsToBounds或者layer.masksToBounds = YES也不会触发离屏渲染。即使设置了图片也不会触发离屏渲染。iOS9 之后苹果做了优化,但是当imageView添加子视图，并且子视图有超出父视图的部分，设置clipsToBounds或者layer.masksToBounds为YES，此时超出的部分会触发离屏渲染

cornerRadius+clipsToBounds或者layer.masksToBounds+backgroundColor。则会触发离屏渲染。所以我们设置imgView为圆角的时候，尽量不要设置背景颜色，其他视图同理例如UIView，UILabel,UIButton。

cornerRadius+clipsToBounds或者layer.masksToBounds +borderColor + borderWidth 会触发离屏渲染，当borderWidth为0时也不会触发离屏渲染。

根据油画算法，GPU没办法一步到位既设置圆角又设置背景颜色、或者边框，所以会触发离屏渲染。

光栅会触发离屏渲染：

shouldRasterize = YES；会触发离屏渲染。

开启光栅化会将图层渲染为一个屏幕之外的位图，然后将这个位图缓存起来。如果图层比较复杂，这样做会比重绘所有帧划算。但是光栅化原始图像需要时间，会消耗额外的内存。

如果使用合理，光栅化可以提供很大的性能优势，但是对于内容不断变化的图层来说，就没必要缓存，因此为了避免额外内存消耗，不要使用光栅。

如何检测光栅化是否正确使用：（使用真机调试）

Xcode->Debug->View Debugging -> Rendering -> color Hits Green and Misses Red.当开启光栅，渲染的结果会被缓存，如果图层为绿色，就表示有渲染缓存可用；若为红色，则无，缓存会被重新创建，可能引起性能问题。 

阴影不一定触发离屏渲染：

设置阴影会触发离屏渲染，因为阴影处于layer下面，根据油画算法，阴影会优先渲染，但是此时阴影的本体（layer与其子layer）还没有组合在一起，因此GPU会开启新的内存，将本体 画好，再根据渲染结果的形状，添加阴影到frame buffer,最后将内容画上去。如果预先告诉Core Animation阴影的形状，那么阴影可以独立渲染出来不依赖本体。

所以单纯设置阴影会触发离屏渲染，但是设置了shaowPath将不会触发。

遮罩mask会触发离屏渲染：

mask也是layer类型,但是是覆盖在layer和其所有子layer组合之上，根据渲染原理，屏幕上的每一个像素点都是当前像素点上多个layer通过GPU混合颜色计算出来，因此多加一个mask会增加GPU计算难度，导致无法一次性渲染缓存到frame buffer里面，因此会触发离屏渲染。

抗锯齿会触发离屏渲染：

当view缩放或者旋转会造成边框出现锯齿，在出现锯齿是时，打开allowsEdgeAntialiasing = YES时，会将边框磨平，而锯齿的计算也会触发离屏渲染。

不透明可能触发离屏渲染：

当视图没有子视图时,设置alpha<1,不会触发离屏渲染，当有子视图时，因为GPU渲染时，除了要渲染子视图，还需要渲染父视图的内容，没有办法一步到位，所以会触发。

怎么查看项目中是否触发离屏渲染？

打来模拟器->Debug->Color Off-screen Rendered

如果所属区域被标记为黄色就代表触发了离屏渲染

离屏渲染的影响？

GPU的操作是高度流水线化的。本来所有计算工作都在有条不紊地正在向frame buffer输出，此时突然收到指令，需要输出到另一块内存，那么流水线中正在进行的一切都不得不被丢弃，切换到只能服务于我们当前的“切圆角”操作。等到完成以后再次清空，再回到向frame buffer输出的正常流程。

在tableView或者collectionView中，滚动的每一帧变化都会触发每个cell的重新绘制，因此一旦存在离屏渲染，上面提到的上下文切换就会每秒发生60次，并且很可能每一帧有几十张的图片要求这么做，对于GPU的性能冲击可想而知（GPU非常擅长大规模并行计算，但是我想频繁的上下文切换显然不在其设计考量之中）

离屏渲染消耗性能的原因？

1、需要创建新的缓冲区

2、离屏渲染的整个过程，需要多次切换上下文环境，先是从当前屏幕（On-Screen）切换到离屏（Off-Screen）；等到离屏渲染结束以后，将离屏缓冲区的渲染结果显示到屏幕上，又需要将上下文环境从离屏切换到当前屏幕

如何优化离屏渲染？

1、使用cornerRadius设置了圆角，能不设置背景颜色或者borderWidth尽量避免设置

2、如果不能避免，能够使用圆角图片的尽量使用圆角图片，不能避免的可以创建弧形layer盖住对应角，视觉上制造圆角效果。

3、设置阴影，使用shadowPath来规避离屏渲染

4、特殊复杂并且复用度高的View，使用layer mask并打开shouldRasterize来对渲染结果进行缓存

参考： 

https://zhuanlan.zhihu.com/p/72653360