前言

学了一段时间的OpenGL，这次又重新看了一遍 iOS Core Animation 这本书，查看了许多资料。对这个iOS的drawing稍有顿悟=。=

这篇文章里面，我会针对下面几个方面说说我自己的见解：

  1. Core Animation，Core Graphic 和 OpenGL ES
  2. Rendering以及Animation的步骤
  3. iOS Drawing中的CPU，GPU
  4. drawRect方法的弊端
  5. 影响GPU与CPU绘制的因素

Core Animation，Core Graphics 和 OpenGL ES

Core Animation，Core Graphics 和 OpenGL ES 三者都是和iOS画图，呈现内容相关的iOS框架。总体来说，Core Animation和UIKit是一个层级的，而他们底层画图的框架就是Core Graphics 和 OpenGL ES。

  1. Core Animation 是iOS用来控制内容的显示和动画的。它的主要功能就是管理CALayer。
  2. UIView 大家都很熟悉。那么UIView底层负责显示内容和动画的就是 CALayer 。UIView上和显示以及动画相关的接口，其实也是对CALayer的接口的包装
  3. CALayer的contents最终会显示在屏幕上。而Core Graphics 和 OpenGL ES就负责在CALayer上面作画，并将其内容显示到屏幕上
  4. Core Graphics是个2D图形库，一般用来画矢量图，比如UIBezierPath等等。它主要使用CPU来绘制。以绘制一条UIBezierPath为例：通过CPU的计算，生成包含该path路径的bitmap，然后将该bitmap传递给GPU，绘制出来。所以Core Graphics的主要计算压力在CPU上面，而且使用CPU来生成bitmap是很耗时的一个步骤
  5. OpenGL ES 讲道理是可以画任何的2D、3D图形的。以绘制一个三角形为例，只需要将3个顶点传递给GPU，然后GPU会计算生成包含该三角形的bitmap，最终使用GPU将该bitmap绘制出来。
  6. 所以我理解的Core Graphics和OpenGL ES的主要区别就是生成最终的 bitmap 的位置。Core Graphics由CPU来生成bitmap；OpenGL ES由GPU来生成bitmap。 最终这个bitmap都要交给GPU来渲染到屏幕上面。
  7. 由于CPU生成bitmap较为耗时（这也是Core Graphics性能差的原因），而且CPU还要执行其他的任务，所以不推荐使用Core Graphics来绘制。
  8. Core Animation对绘制过程进行了优化，大多数的UIKit里面的原件(UIView)的底层layer都是硬件加速的，也就是使用GPU来生成bitmap并绘制。

Rendering和Animation的步骤

参考iOS Core Animation 一书的第12章

  1. Layout： 设置view/layer树种每个layer的属性(frame, background color, border等等)
  2. Display： 生成layer的backing image，在这一步涉及到-drawRect:和-drawLayer:inContext:的调用，也就是使用CPU生成bitmap，来填充backing image。也可以使用UIImage来填充backing image。
  3. Prepare： Core Animation准备好Animation的数据，比如动画的属性，终止值等等
  4. Commit： Core Animation将所有layer数据和动画数据打包将他们发送给render server 进行显示
  5. 将layer的属性计算，转化成OpenGL的顶点等属性（提供数据给GPU，计算bitmap，也就是OpenGL中的各个三角形）
  6. GPU组合各个layer的bitmap，将其渲染在屏幕上

iOS Drawing中的CPU和GPU

  1. Core Graphics使用CPU计算bitmap
  2. OpenGL ES使用GPU计算bitmap
  3. 使用GPU将所有的layer的bitmap组合在一起

drawRect方法的弊端

drawRect方法是对drawLayer:inContext:的包装。两个方法如果有实现的话，在重绘layer的时候会调用。他们适合自定义layer内容。但是会影响性能

在每次调用这两个方法的时候，都会新建一个与当前的layer的大小相等的空的context（bitmap），然后使用Core Graphics或者直接UIImage等等将该context填充。这相当与离屏渲染。然后将生成的context再赋给layer的content，再交给GPU渲染出来。

注意：CALayer会cache自己的bitmap，那么每次渲染的时候就不需要重新生成CALayer的bitmap。只需要将bitmap交给GPU，让GPU执行组合工作就可以了。一般来说，生成bitmap（无论在CPU端还是GPU端）都是比组合bitmap耗时的

影响GPU与CPU绘制的因素

GPU端

  1. 太多的重复绘制：一次绘制过程中，在同一个像素点，绘制多遍
  2. 离屏渲染：CPU和GPU都会出现离屏渲染的情况，这需要额外的内存来存放渲染的结果
  3. 太多的geometry：也就是OpenGL中，太多的三角形
  4. 渲染太大的图片：GPU支持的最大的渲染texture是有限的（通常2048*2048，或者retina的4096*4096），图片像素过大的话，要先在CPU端处理之后，才能交给GPU显示

CPU端

  1. Layout计算：也就是计算每个layer的frame等等属性，这个在使用autolayout的系统上面更加的费时
  2. Lazy View Loading：只有在view第一次出现在屏幕上时，才会去加载view相关的资源（图片等等），所以如果这个资源很大，或者延迟很大（网络获取）的时候，会延缓CPU的操作。这一步的操作包括Layout，Display等步骤
  3. Core Graphics drawing
  4. 图片解压：因为存放的基本都是压缩的图片，但是显示的时候需要全size的图片，所以需要CPU执行图片解压的工作

参考