iOS-[渲染原理]当你被问到下面问题，你能够回答出来么？ 1、app从点击屏幕到完成渲染，中间发生了什么？ 2、当一个

当你被问到下面问题，你能够回答出来么？ 1、app从点击屏幕到完成渲染，中间发生了什么？ 2、当一个UIImageView添加到视图后，内部是如何渲染到手机上的？ 3、一个tableView中有多个cell，如何避免卡顿。

今天，我们就来了解iOS中的渲染过程；

图像渲染流水线

图像渲染流程粗粒度地大概分为下面这些步骤：在这里插入图片描述上述图像渲染流水线中，除了第一部分 Application 阶段，后续主要都由 GPU 负责，为了方便后文讲解，先将 GPU 的渲染流程图展示出来：上图就是一个三角形被渲染的过程中，GPU 所负责的渲染流水线。可以看到简单的三角形绘制就需要大量的计算，如果再有更多更复杂的顶点、颜色、纹理信息（包括 3D 纹理），那么计算量是难以想象的。这也是为什么 GPU 更适合于渲染流程。接下来，具体讲解渲染流水线中各个部分的具体任务：

Application 应用处理阶段：得到图元

这个阶段具体指的就是图像在应用中被处理的阶段，此时还处于 CPU 负责的时期。在这个阶段应用可能会对图像进行一系列的操作或者改变，最终将新的图像信息传给下一阶段。这部分信息被叫做图元（primitives），通常是三角形、线段、顶点等。

Geometry 几何处理阶段：处理图元

进入这个阶段之后，以及之后的阶段，就都主要由 GPU 负责了。此时 GPU 可以拿到上一个阶段传递下来的图元信息，GPU 会对这部分图元进行处理，之后输出新的图元。这一系列阶段包括：

顶点着色器（Vertex Shader）：这个阶段中会将图元中的顶点信息进行视角转换、添加光照信息、增加纹理等操作。形状装配（Shape Assembly）：图元中的三角形、线段、点分别对应三个 Vertex、两个 Vertex、一个 Vertex。这个阶段会将 Vertex 连接成相对应的形状。几何着色器（Geometry Shader）：额外添加额外的Vertex，将原始图元转换成新图元，以构建一个不一样的模型。简单来说就是基于通过三角形、线段和点构建更复杂的几何图形。

Rasterization 光栅化阶段：图元转换为像素

光栅化的主要目的是将几何渲染之后的图元信息，转换为一系列的像素，以便后续显示在屏幕上。这个阶段中会根据图元信息，计算出每个图元所覆盖的像素信息等，从而将像素划分成不同的部分。在这里插入图片描述

一种简单的划分就是根据中心点，如果像素的中心点在图元内部，那么这个像素就属于这个图元。如上图所示，深蓝色的线就是图元信息所构建出的三角形；而通过是否覆盖中心点，可以遍历出所有属于该图元的所有像素，即浅蓝色部分。

屏幕成像

在图像渲染流程结束之后，接下来就需要将得到的像素信息显示在物理屏幕上了。GPU 最后一步渲染结束之后像素信息，被存在帧缓冲器（Framebuffer）中，之后视频控制器（Video Controller）会读取帧缓冲器中的信息，经过数模转换传递给显示器（Monitor），进行显示。完整的流程如下图所示：在这里插入图片描述经过 GPU 处理之后的像素集合，也就是位图，会被帧缓冲器缓存起来，供之后的显示使用。显示器的电子束会从屏幕的左上角开始逐行扫描，屏幕上的每个点的图像信息都从帧缓冲器中的位图进行读取，在屏幕上对应地显示。扫描的流程如下图所示：在这里插入图片描述电子束扫描的过程中，屏幕就能呈现出对应的结果，每次整个屏幕被扫描完一次后，就相当于呈现了一帧完整的图像。屏幕不断地刷新，不停呈现新的帧，就能呈现出连续的影像。而这个屏幕刷新的频率，就是帧率（Frame per Second，FPS）。由于人眼的视觉暂留效应，当屏幕刷新频率足够高时（FPS 通常是 50 到 60 左右），就能让画面看起来是连续而流畅的。对于 iOS 而言，app 应该尽量保证 60 FPS 才是最好的体验。。

渲染流水线带来的问题及解决方法

(1) 屏幕撕裂 在这种单一缓存的模式下，最理想的情况就是一个流畅的流水线：每次电子束从头开始新的一帧的扫描时，CPU+GPU 对于该帧的渲染流程已经结束，渲染好的位图已经放入帧缓冲器中。但这种完美的情况是非常脆弱的，很容易产生屏幕撕裂：在这里插入图片描述 解决方法：垂直同步 Vsync + 双缓冲机制 Double Buffering 解决屏幕撕裂、提高显示效率的一个策略就是使用垂直同步信号 Vsync 与双缓冲机制 Double Buffering。根据苹果的官方文档描述，iOS 设备会始终使用 Vsync + Double Buffering 的策略。垂直同步信号（vertical synchronisation，Vsync）相当于给帧缓冲器加锁：当电子束完成一帧的扫描，将要从头开始扫描时，就会发出一个垂直同步信号。只有当视频控制器接收到 Vsync 之后，才会将帧缓冲器中的位图更新为下一帧，这样就能保证每次显示的都是同一帧的画面，因而避免了屏幕撕裂。但是这种情况下，视频控制器在接受到 Vsync 之后，就要将下一帧的位图传入，这意味着整个 CPU+GPU 的渲染流程都要在一瞬间完成，这是明显不现实的。所以双缓冲机制会增加一个新的备用缓冲器（back buffer）。渲染结果会预先保存在 back buffer 中，在接收到 Vsync 信号的时候，视频控制器会将 back buffer 中的内容置换到 frame buffer 中，此时就能保证置换操作几乎在一瞬间完成（实际上是交换了内存地址）。

(2) 掉帧 启用 Vsync 信号以及双缓冲机制之后，能够解决屏幕撕裂的问题，但是会引入新的问题：掉帧。如果在接收到 Vsync 之时 CPU 和 GPU 还没有渲染好新的位图，视频控制器就不会去替换 frame buffer 中的位图。这时屏幕就会重新扫描呈现出上一帧一模一样的画面。相当于两个周期显示了同样的画面，这就是所谓掉帧的情况。在这里插入图片描述如图所示，A、B 代表两个帧缓冲器，当 B 没有渲染完毕时就接收到了 Vsync 信号，所以屏幕只能再显示相同帧 A，这就发生了第一次的掉帧。

解决方法：三缓冲 Triple Buffering 事实上上述策略还有优化空间。我们注意到在发生掉帧的时候，CPU 和 GPU 有一段时间处于闲置状态：当 A 的内容正在被扫描显示在屏幕上，而 B 的内容已经被渲染好，此时 CPU 和 GPU 就处于闲置状态。那么如果我们增加一个帧缓冲器，就可以利用这段时间进行下一步的渲染，并将渲染结果暂存于新增的帧缓冲器中。在这里插入图片描述如图所示，由于增加了新的帧缓冲器，可以一定程度上地利用掉帧的空档期，合理利用 CPU 和 GPU 性能，从而减少掉帧的次数。

（3）屏幕卡顿的本质

手机使用卡顿的直接原因，就是掉帧。前文也说过，屏幕刷新频率必须要足够高才能流畅。对于 iPhone 手机来说，屏幕最大的刷新频率是 60 FPS，一般只要保证 50 FPS 就已经是较好的体验了。但是如果掉帧过多，导致刷新频率过低，就会造成不流畅的使用体验。这样看来，可以大概总结一下

屏幕卡顿的根本原因：CPU 和 GPU 渲染流水线耗时过长，导致掉帧。
Vsync 与双缓冲的意义：强制同步屏幕刷新，以掉帧为代价解决屏幕撕裂问题。
三缓冲的意义：合理使用 CPU、GPU 渲染性能，减少掉帧次数。

iOS中的渲染框架

CALayer 是显示的基础：存储 bitmap

简单理解，CALayer 就是屏幕显示的基础。那 CALayer 是如何完成的呢？让我们来从源码向下探索一下，在 CALayer.h 中，CALayer 有这样一个属性 contents：

/** Layer content properties and methods. **/

/* An object providing the contents of the layer, typically a CGImageRef, * but may be something else. (For example, NSImage objects are * supported on Mac OS X 10.6 and later.) Default value is nil. * Animatable. */

@property(nullable, strong) id contents; An object providing the contents of the layer, typically a CGImageRef.

contents 提供了 layer 的内容，是一个指针类型，在 iOS 中的类型就是 CGImageRef（在 OS X 中还可以是 NSImage）。而我们进一步查到，Apple 对 CGImageRef 的定义是：

A bitmap image or image mask.

看到 bitmap，这下我们就可以和之前讲的的渲染流水线联系起来了：实际上，CALayer 中的 contents 属性保存了由设备渲染流水线渲染好的位图 bitmap（通常也被称为 backing store），而当设备屏幕进行刷新时，会从 CALayer 中读取生成好的 bitmap，进而呈现到屏幕上。所以，如果我们在代码中对 CALayer 的 contents 属性进行了设置，比如这样：

// 注意 CGImage 和 CGImageRef 的关系： // typedef struct CGImage CGImageRef; layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;

复制代码那么在运行时，操作系统会调用底层的接口，将 image 通过 CPU+GPU 的渲染流水线渲染得到对应的 bitmap，存储于 CALayer.contents 中，在设备屏幕进行刷新的时候就会读取 bitmap 在屏幕上呈现。也正因为每次要被渲染的内容是被静态的存储起来的，所以每次渲染时，Core Animation 会触发调用 drawRect: 方法，使用存储好的 bitmap 进行新一轮的展示。

Core Animation是什么

它本质上可以理解为一个复合引擎，主要职责包含：渲染、构建和实现动画。通常我们会使用 Core Animation 来高效、方便地实现动画，但是实际上它的前身叫做 Layer Kit，关于动画实现只是它功能中的一部分。对于 iOS app，不论是否直接使用了 Core Animation，它都在底层深度参与了 app 的构建。而对于 OS X app，也可以通过使用 Core Animation 方便地实现部分功能。在这里插入图片描述 ore Animation 是 AppKit 和 UIKit 完美的底层支持，同时也被整合进入 Cocoa 和 Cocoa Touch 的工作流之中，它是 app 界面渲染和构建的最基础架构。

Core Animation 的职责就是尽可能快地组合屏幕上不同的可视内容，这个内容是被分解成独立的 layer（iOS 中具体而言就是 CALayer），并且被存储为树状层级结构。这个树也形成了 UIKit 以及在 iOS 应用程序当中你所能在屏幕上看见的一切的基础。

Core Animation渲染全流程

CAAnimation 渲染全过程整个流水线一共有下面几个步骤： (1) Handle Events：

这个过程中会处理一些触摸事件，这些事件可能会改变页面的布局和界面层次，比如：

创建和调整视图层级, 例如 addSubView, removeSubView等
设置 UIView 的 frame, 调制autolayout约束等
修改 CALayer 的透明度
为视图添加一个动画
其他可能导致 CALayer - Tree 变化的操作;

(2) Commit Transaction:

当上面的这些操作引起layer tree发生变化时，会隐式地生成一个事务transaction。整个transaction中，又包括Layout、Display、Prepare、Commit 等四个具体的操作。

Layout：构建视图

这个阶段主要处理视图的构建和布局，具体步骤包括：

调用重载的 layoutSubviews 方法
创建视图，并通过 addSubview 方法添加子视图
计算视图布局，即所有的 Layout Constraint

由于这个阶段是在 CPU 中进行，通常是 CPU 限制或者 IO 限制，所以我们应该尽量高效轻量地操作，减少这部分的时间，比如减少非必要的视图创建、简化布局计算、减少视图层级等。

Display：绘制视图

这个阶段主要是交给 Core Graphics 进行视图的绘制，注意不是真正的显示，而是得到前文所说的图元 primitives 数据：

根据上一阶段 Layout 的结果创建得到图元信息。 如果重写了 drawRect: 方法，那么会调用重载的 drawRect: 方法，在 drawRect: 方法中手动绘制得到 bitmap 数据，从而自定义视图的绘制。

注意正常情况下 Display 阶段只会得到图元 primitives 信息，而位图 bitmap 是在 GPU 中根据图元信息绘制得到的。但是如果重写了 drawRect: 方法，这个方法会直接调用 Core Graphics 绘制方法得到 bitmap 数据，同时系统会额外申请一块内存，用于暂存绘制好的 bitmap。由于重写了 drawRect: 方法，导致绘制过程从 GPU 转移到了 CPU，这就导致了一定的效率损失。与此同时，这个过程会额外使用 CPU 和内存，因此需要高效绘制，否则容易造成 CPU 卡顿或者内存爆炸。

Prepare：Core Animation 额外的工作

这一步主要是：图片解码和转换

Commit：打包并发送

这一步主要是：图层打包并发送到 Render Server。注意 commit 操作是依赖图层树递归执行的，所以如果图层树过于复杂，commit 的开销就会很大。这也是我们希望减少视图层级，从而降低图层树复杂度的原因。

(3)Decode、Draw Calls、Render、display

打包好的图层被传输到 Render Server 之后，首先会进行解码。解码完成后，Core Animation 会调用下层渲染框架（比如 OpenGL 或者 Metal）的方法进行绘制，进而调用到 GPU。GPU渲染完成后，在下一个runloop等待显示在这里插入图片描述 Render Server 通常是 OpenGL 或者是 Metal。以 OpenGL 为例，那么上图主要是 GPU 中执行的操作，具体主要包括：

GPU 收到 Command Buffer，包含图元 primitives 信息 Tiler 开始工作：先通过顶点着色器 Vertex Shader 对顶点进行处理，更新图元信息平铺过程：平铺生成 tile bucket 的几何图形，这一步会将图元信息转化为像素，之后将结果写入 Parameter Buffer 中 Tiler 更新完所有的图元信息，或者 Parameter Buffer 已满，则会开始下一步 Renderer 工作：将像素信息进行处理得到 bitmap，之后存入 Render Buffer Render Buffer 中存储有渲染好的 bitmap，供之后的 Display 操作使用

Runloop中触发渲染流程

什么是runloop?

runloop是一个事件驱动的大循环，它会把来自用户的交互事件、系统内部事件、计时器事件加入到事件队列中，并循环地从事件队列中取出事件进行处理，当所有的事件都处理完毕时，就会进入休眠状态，知道被新到来的事件唤醒。

通常所说的RunLoop指的是NSRunloop或者CFRunloopRef，CFRunloopRef是纯C的函数，而NSRunloop仅仅是CFRunloopRef的OC封装，并未提供额外的其他功能，因此下面主要分析CFRunloopRef，苹果已经开源了CoreFoundation源代码，因此很容易找到CFRunloop源代码👇 CFRunloop源代码

int32_t __CFRunLoopRun( /** 5个参数 */ )
{
    // 通知即将进入runloop
    __CFRunLoopDoObservers(KCFRunLoopEntry);
    
    do
    {
        // 通知将要处理timer和source
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);
        
        // 处理非延迟的主线程调用
        __CFRunLoopDoBlocks();
        // 处理Source0事件
        __CFRunLoopDoSource0();
        
        if (sourceHandledThisLoop) {
            __CFRunLoopDoBlocks();
         }
        // 如果有 Source1 (基于port) 处于 ready 状态，直接处理这个 Source1 然后跳转去处理消息。
        if (__Source0DidDispatchPortLastTime) {
            Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort();
            if (hasMsg) goto handle_msg;
        }
            
        // 通知 Observers:没有事件要处理， RunLoop 的线程即将进入休眠(sleep)。
        if (!sourceHandledThisLoop) {
            __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        }
            
        // GCD dispatch main queue
        CheckIfExistMessagesInMainDispatchQueue();
        
        // 即将进入休眠
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);
        
        // 等待内核mach_msg事件
        mach_port_t wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();
        
        // 等待。。。
        
        // 从等待中醒来
        __CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);
        
        // 处理因timer的唤醒
        if (wakeUpPort == timerPort)
            __CFRunLoopDoTimers();
        
        // 处理异步方法唤醒,如dispatch_async
        else if (wakeUpPort == mainDispatchQueuePort)
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()
            
        // 处理Source1
        else
            __CFRunLoopDoSource1();
        
        // 再次确保是否有同步的方法需要调用
        __CFRunLoopDoBlocks();
        
    } while (!stop && !timeout);
    
    // 通知即将退出runloop
    __CFRunLoopDoObservers(CFRunLoopExit);
}

下图描述了Runloop运行流程。基本描述了上面Runloop的核心流程，当然可以查看官方 The RunLoop Sequence of Events描述描述。在这里插入图片描述

输入源source

输入源是指事件的来源，输入源将事件异步传送到您的线程。事件的来源取决于输入源的类型，通常是两个类别之一。基于端口的输入源监视应用程序的 Mach 端口。自定义输入源监视自定义事件源。基于端口的源由内核自动发出信号，自定义源必须从另一个线程手动发出信号。来看一下官方 Runloop 结构图（注意下图的 Input Source Port 和前面流程图中对应Source1。Source1和Timer都属于端口事件源，不同的是所有的Timer都共用一个端口“Mode Timer Port”，而每个Source1都有不同的对应端口）：在这里插入图片描述

source1和source0的区别： source1: 基于mach_Port的,来自系统内核或者其他进程或线程的事件，可以主动唤醒休眠中的RunLoop（iOS里进程间通信开发过程中我们一般不主动使用）。mach_port大家就理解成进程间相互发送消息的一种机制就好, 比如屏幕点击, 网络数据的传输都会触发sourse1。苹果创建用来接受系统发出事件，当手机发生一个触摸，摇晃或锁屏等系统，这时候系统会发送一个事件到app进程（进程通信），这也就是为什么叫基于port传递source1的原因; source0 :非基于Port的处理事件，什么叫非基于Port的呢？就是说你这个消息不是其他进程或者内核直接发送给你的。一般是APP内部的事件, 比如hitTest:withEvent的处理, performSelectors的事件. 简单举个例子：一个APP在前台静止着，此时，用户用手指点击了一下APP界面，那么过程就是下面这样的：我们触摸屏幕,先摸到硬件(屏幕)，屏幕表面的事件会被IOKit先包装成Event,通过mach_Port传给正在活跃的APP , Event先告诉source1（mach_port）,source1唤醒RunLoop, 然后将事件Event分发给source0,然后由source0来处理。

常见的几种源有基于端口的源、自定义的源、performSelect源和计时器源；

运行循环模式runloop mode

每次运行运行循环时，您都指定（显式或隐式）运行的特定“模式”。在运行循环的那段过程中，只有与该模式关联的源才会被监视并允许传递它们的事件。（类似地，只有与该模式关联的观察者才会被通知运行循环的进度。）与其他模式关联的源会保留任何新事件，直到随后以适当的模式通过循环。

从源码很容易看出，Runloop总是运行在某种特定的CFRunLoopModeRef下（每次运行__CFRunLoopRun()函数时必须指定Mode）。而通过CFRunloopRef对应结构体的定义可以很容易知道每种Runloop都可以包含若干个Mode，每个Mode又包含Source/Timer/Observer。每次调用Runloop的主函数__CFRunLoopRun()时必须指定一种Mode，这个Mode称为 _currentMode ，当切换Mode时必须退出当前Mode，然后重新进入Runloop以保证不同Mode的Source/Timer/Observer互不影响。

struct __CFRunLoop {  // 部分
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock; /* locked for accessing mode list */
    __CFPort _wakeUpPort; // used for CFRunLoopWakeUp 
    Boolean _unused;
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    CFAbsoluteTime _runTime;
    CFAbsoluteTime _sleepTime;
    CFTypeRef _counterpart;
};

// ----------------------------------------

struct __CFRunLoopMode {  // 部分
    CFRuntimeBase _base;
    /* must have the run loop locked before locking this */
    pthread_mutex_t _lock;
    CFStringRef _name;
    Boolean _stopped;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    CFMutableDictionaryRef _portToV1SourceMap;
    __CFPortSet _portSet;
    CFIndex _observerMask;
};

系统默认提供的 Run Loop Modes 有kCFRunLoopDefaultMode(NSDefaultRunLoopMode)和UITrackingRunLoopMode，需要切换到对应的Mode 时只需要传入对应的名称即可。前者是系统默认的 Runloop Mode，例如进入iOS程序默认不做任何操作就处于这种 Mode 中，此时滑动UIScrollView，主线程就切换 Runloop 到UITrackingRunLoopMode，不再接受其他事件操作（除非你将其他 Source/Timer 设置到UITrackingRunLoopMode下）。

但是对于开发者而言经常用到的 Mode 还有一个kCFRunLoopCommonModes（NSRunLoopCommonModes）,其实这个并不是某种具体的 Mode，而是一种模式组合，在iOS系统中默认包含了 NSDefaultRunLoopMode 和UITrackingRunLoopMode；注意：并不是说 Runloop 会运行在kCFRunLoopCommonModes这种模式下，而是相当于分别注册了 NSDefaultRunLoopMode 和 UITrackingRunLoopMode。当然你也可以通过调用CFRunLoopAddCommonMode()方法将自定义 Mode 放到 kCFRunLoopCommonModes组合。

CFRunLoopRef和CFRunloopMode、CFRunLoopSourceRef/CFRunloopTimerRef/CFRunLoopObserverRef关系如下图：在这里插入图片描述

一个RunLoop对象（CFRunLoop）中包含若干个运行模式（CFRunLoopMode）。而每一个运行模式下又包含若干个输入源（CFRunLoopSource）、定时源（CFRunLoopTimer）、观察者。

观察者Observer

struct __CFRunLoopObserver {
    CFRuntimeBase _base;
    pthread_mutex_t _lock;
    CFRunLoopRef _runLoop;
    CFIndex _rlCount;
    CFOptionFlags _activities; /* immutable */
    CFIndex _order; /* immutable */
    CFRunLoopObserverCallBack _callout; /* immutable */
};

相对来说CFRunloopObserverRef理解起来并不复杂，它相当于消息循环中的一个监听器，随时通知外部当前 RunLoop 的运行状态（它包含一个函数指针_callout_将当前状态及时告诉观察者）。具体的运行状态如下：

/* Run Loop Observer Activities */
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry = (1UL << 0), // 进入RunLoop 
    kCFRunLoopBeforeTimers = (1UL << 1), // 即将开始Timer处理
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即将开始Source处理
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即将进入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting = (1UL << 6), // 从休眠状态唤醒
    kCFRunLoopExit = (1UL << 7), // 退出RunLoop
    kCFRunLoopAllActivities = 0x0FFFFFFFU
};

回调函数call out

RunLoop 几乎所有的操作都是通过Call out进行回调的(无论是 Observer 的状态通知还是 Timer、Source 的处理)，而系统在回调时通常使用如下几个函数进行回调(换句话说你的代码其实最终都是通过下面几个函数来负责调用的，即使你自己监听Observer 也会先调用下面的函数然后间接通知你，所以在调用堆栈中经常看到这些函数)：

static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_AN_OBSERVER_CALLBACK_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_BLOCK__();
static void __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_TIMER_CALLBACK_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION__();
static void __CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE1_PERFORM_FUNCTION__();

例如在控制器的touchBegin中打入断点查看堆栈（由于UIEvent是Source0，所以可以看到一个Source0的Call out函数CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION调用）：在这里插入图片描述

runloop的休眠

其实对于 Event Loop 而言 RunLoop 最核心的事情就是保证线程在没有消息时休眠以避免占用系统资源，有消息时能够及时唤醒。RunLoop 的这个机制完全依靠系统内核来完成，具体来说是苹果操作系统核心组件Darwin中的Mach来完成的（Darwin是开源的）。可以从下图最底层Kernel中找到Mach：在这里插入图片描述而mach_msg()的本质是一个调用mach_msg_trap(),这相当于一个系统调用，会触发内核状态切换。当程序静止时，RunLoop 停留在

__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY, &voucherState, &voucherCopy)

而这个函数内部就是调用了mach_msg让程序处于休眠状态。

RunLoop 这种有事做事，没事休息的机制其实就是用户态和内核态的互相转化。用户态和内核态在 Linux 和 Unix 系统中，是基本概念，是操作系统的两种运行级别，他们的权限不一样，由于系统的资源是有限的，比如网络、内存等，所以为了优化性能，降低电量消耗，提高资源利用率，所以内核底层就这么设计了。

runloop和线程的关系

Runloop 是基于pthread进行管理的，pthread是基于 C 的跨平台多线程操作底层API。它是 mach thread 的上层封装（可以参见Kernel Programming Guide），和NSThread一一对应（而NSThread是一套面向对象的API，所以在iOS开发中我们也几乎不用直接使用pthread）在这里插入图片描述 OS开发过程中对于开发者而言更多的使用的是NSRunloop,它默认提供了三个常用的run方法：

- (void)run; 
- (BOOL)runMode:(NSRunLoopMode)mode beforeDate:(NSDate *)limitDate;
- (void)runUntilDate:(NSDate *)limitDate;

run:方法对应上面CFRunloopRef中的CFRunLoopRun并不会退出，除非调用CFRunLoopStop();通常如果想要永远不会退出 RunLoop 才会使用此方法，否则可以使用runUntilDate:。
runMode:beforeDate:则对应CFRunLoopRunInMode(mode,limiteDate,true)方法,只执行一次，执行完就退出；通常用于手动控制 RunLoop（例如在while循环中）。
runUntilDate:方法其实是CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode,limiteDate,false)，执行完并不会退出，继续下一次RunLoop直到timeout。

runloop的应用

runloop的应该有很多很多，具体可以参考深入理解runloop，本文由于主要和界面渲染有关，因此主要讲一下runloop在UI更新流程中的应用：

更新UI

如果打印App启动之后的主线程 RunLoop 可以发现另外一个 callout 为_ZN2CA11Transaction17observer_callbackEP19__CFRunLoopObservermPv的 Observer，这个监听专门负责UI变化后的更新，比如修改了frame、调整了UI层级（UIView/CALayer）或者手动设置了setNeedsDisplay:/setNeedsLayout:，这些调整操作会触发transaction commit，向渲染服务器提交图层树。当这个 Observer 监听了主线程 RunLoop 的即将进入休眠和退出状态，则会遍历所有的UI更新并提交进行实际绘制更新。

UIView display相关方法调用与过程 注意一下整个过程是CA Transaction中的Display步骤!!! 下图是关于在CALayer在渲染之前的流程!! 在这里插入图片描述

通过绘制过程图我们能归纳一下:

1、当调用[UIView setNeedsDisplay]时，实际上会直接调用底层layer的同名方法调用[layer setNeedsDisplay]； 2、然后会被Core Animation捕获到layer-tree的变化, 提交一个CATransaction , 然后触发Runloop的Observer回调，在回调中调用[CALayer display]进行当前视图的真正绘制流程. 这一步可以参考上面3 Runloop中触发渲染的过程； 3、[CALayer display]内部会先判断这个layer的delegate是否会响应displayLayer：方法，如果不响应就会进入系统绘制流程中。如果能够响应，实际上是提供了异步绘制的入口，也就是给我们进行异步绘制留有余地；

CoreGraphic的 API是线程安全的, 只要 CGBitmapContextCreate 和 endContext在同一个线程；

wwdc2012 session 211 building concurrent user interfaces on ios 内部有一个demo, 帮你理解UIkit的渲染, 并且使用异步渲染结合UIImageView去展示复杂渲染逻辑图的实例.

；关于layout的更新与layoutSubViews的触发, 当我们调用[UIView setNeedsLayout] 时也会触发[CALayer setNeedsLayout]给layer上打上一个脏标记，runloop在下一次循环时；会去调用[UIView layoutSubviews]/[CALayer layoutSublayers]. 然后触发CA Commit中的Layout处理；

关于CALayer中渲染被触发的时机(不论是系统渲染 or drawRect渲染), 可以参考博主在 UIView/CALayer渲染的触发时机 (juejin.cn) 中实践的逻辑

系统绘制的流程 本质是创建一个 backing storage 的流程在这里插入图片描述 1、当[CALayer display]方法调用时, 判断是否有delegate去实现绘制方法, 如果没有就触发系统绘制；

2、系统绘制时, 会先创建 backing storage(CGContextRef). 注意每个layer都会有一个context, 这个context指向一块缓存区被称为backing storeage；

3、如果layer有delegate, 则调用delegate的- (void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx方法(默认会将创建的CGContextRef传入)，否则调用-[CALayer drawInContext:]方法,进而调用[UIView drawRect:]方法, 此时已经在CGContextRef环境中, 如果在drawRect中通过UIGraphicsGetCurrentContext() 获取到的就是CALayer创建的CGContextRef；

4、注意drawRect方法是在CPU执行的, 在它执行完之后, 通过context将数据(通常情况下这里的最终结果会是一个bitmap, 类型是 CGImageRef)写入backing store, 通过rendserver交给GPU去渲染，将backing store中的bitmap数据显示在屏幕上。

每一个UIView的Layer都有一个对应的Backing Store作为其存储Content的实际内容, 而这些内容其实就是一个CGImage数据, 确切的说，是bitmap数据,以供GPU读取展示

iOS-[渲染原理]