iOS面试题——UI相关：事件传递，图像显示，性能优化，离屏渲染

• UIView与CALayer
• 事件传递与视图响应链
• 图像显示原理
• UI卡顿掉帧原因
• 滑动优化方案
• UI绘制原理
• 离屏渲染

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一、UIView和CALayer和有什么关系

1. UIview中有个属性layer，是CALayer类型。
2. CALayer包含要显示的内容contents和backgroundcolor，实际上UIView的backgroundcolor是重写CALayer的backgroundcolor。
3. CALayer的contents中是backing store实际上是bitmap类型的位图，我们可以理解为显示到屏幕上的都是位图。

二、UIView和CALayer和有什么区别

1. UIView为CALayer显示提供基础，UIView负责处理触摸等事件，参与事件响应链。
2. CALayer只是负责提供显示的内容contents
3. 为什么如此设计？遵循单一职责设计模式

三、事件传递与视图响应链

// 判断点击的位置并返回被点击的view
- (nullable UIView *)hitTest:(CGPoint)point withEvent:(nullable UIEvent *)event;   
 // 判断点击的位置是否在当前视图的范围内
- (BOOL)pointInside:(CGPoint)point withEvent:(nullable UIEvent *)event;  

1、 事件传递流程

事件传递流程图

• 点击屏幕时首先将事件传递给UIApplication，UIApplication将事件传递给UIWindow
• UIWindow调用hitTest返回响应视图，先通过pointInside:判断是否在UIWindow范围内，如果在的话会通过倒序的方式遍历UIWIndow的子视图找出响应视图，最后添加的子视图会最先调用hitTest方法，递归调用hitTest返回找到的视图。

2、视图响应链

视图响应链

视图事件响应方法

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(nullable UIEvent *)event;
- (void)touchesMoved:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(nullable UIEvent *)event;
- (void)touchesEnded:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(nullable UIEvent *)event;

• UIResponder的方法，UIView继承自UIResponder，响应触摸方法
• UIView不处理触摸事件则一层层往上传递直到UIWindow（视图响应链）
• 如果都不处理则忽略

四、图像显示原理

图像显示原理图
CPU、GPU工作图

1. CPU:输出位图 CPU工作：

• Layout: UI布局，文本计算
• Display: 绘制
• Prepare: 图片解码
• Commit：提交位图

2. GPU :图层渲染，纹理合成 GPU渲染管线(OpenGL)

• 顶点着色，图元装配，光栅化，片段着色，片段处理

3. 把结果放到帧缓冲区(frame buffer)中
4. 再由视频控制器根据vsync信号在指定时间之前去提取帧缓冲区的屏幕显示内容
5. 显示到屏幕上

五、UI卡顿掉帧原因

UI卡顿掉帧原理图

• iOS设备的硬件时钟会发出Vsync（垂直同步信号），然后App的CPU会去计算屏幕要显示的内容，之后将计算好的内容提交到GPU去渲染。随后，GPU将渲染结果提交到帧缓冲区，等到下一个VSync到来时将缓冲区的帧显示到屏幕上。也就是说，一帧的显示是由CPU和GPU共同决定的。
• 一般来说，页面滑动流畅是60fps，也就是1s有60帧更新，即每隔16.7ms就要产生一帧画面，而如果CPU和GPU加起来的处理时间超过了16.7ms，就会造成掉帧甚至卡顿。

五、滑动优化方案

1. CPU：把以下操作放在子线程中

• 对象创建、调整、销毁
• 预排版（布局计算、文本计算、缓存高度等等）
• 预渲染（文本等异步绘制，图片解码等）

2. GPU:纹理渲染，视图混合

• 一般遇到性能问题时，考虑以下问题：
• 是否受到CPU或者GPU的限制？
• 是否有不必要的CPU渲染？
• 是否有太多的离屏渲染操作？
• 是否有太多的图层混合操作？
• 是否有奇怪的图片格式或者尺寸？
• 是否涉及到昂贵的view或者效果？
• view的层次结构是否合理？

六、UI绘制原理

image.png
image.png

异步绘制：[self.layer.delegate displayLayer: ]
代理负责生成对应的bitmap
设置该bitmap作为该layer.contents属性的值

image.png

七、离屏渲染

• On-Screen Rendering:当前屏幕渲染，指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行

• Off-Screen Rendering:离屏渲染，分为CPU离屏渲染和GPU离屏渲染两种形式。GPU离屏渲染指的是GPU在当前屏幕缓冲区外新开辟一个缓冲区进行渲染操作

• 应当尽量避免的则是GPU离屏渲染

• GPU离屏渲染何时会触发呢？
  圆角（当和maskToBounds一起使用时）、图层蒙版、阴影，设置layer.shouldRasterize ＝ YES

• 为什么要避免GPU离屏渲染？
  GPU需要做额外的渲染操作。通常GPU在做渲染的时候是很快的，但是涉及到offscreen-render的时候情况就可能有些不同，因为需要额外开辟一个新的缓冲区进行渲染，然后绘制到当前屏幕的过程需要做onscreen跟offscreen上下文之间的切换，这个过程的消耗会比较昂贵，涉及到OpenGL的pipeline跟barrier，而且offscreen-render在每一帧都会涉及到，因此处理不当肯定会对性能产生一定的影响。另外由于离屏渲染会增加GPU的工作量，可能会导致CPU+GPU的处理时间超出16.7ms，导致掉帧卡顿。所以可以的话应尽量减少offscreen-render的图层。