iOS 原生渲染与 Flutter 有什么区别 （上）

「这是我参与2022首次更文挑战的第19天，活动详情查看：2022首次更文挑战」。

前言

今天，我们在这篇章中来聊聊渲染原理以及iOS原生是如何渲染的。

iOS 原生渲染与 Flutter 有什么区别

渲染原理

首先我们说说这个渲染原理，对于我们看到的手机界面，都是使用CPU + GPU运算绘制出来的，CPU和GPU在设计的的初始时职责就有所不同，CPU拥有强大的运算能力，是整个系统的控制核心，通常会帮助计算显示内容，GPU是专门进行绘图运算工作的处理器，并行计算能力更强，能够通过计算将图形结果显示在屏幕上。我们通常说的渲染也就是内存中的图形数据再经过计算和转换，最终呈现到屏幕上的过程。

在渲染过程中，CPU则处理渲染内容的计算，如视图创建、计算布局、图片解码等，内容计算完成后，再传输给 GPU 进行渲染。

而GPU 主要是将 3D 坐标转化成 2D 坐标 继而再转成实际像素，具体实现可以分为顶点着色器（确定形状的点）、形状装配（确定形状的线）、几何着色器（确定三角形个数）、光栅化（确定屏幕像素点）、片段着色器（对像素点着色）、测试与混合（检查深度和透明度进行混合）六个阶段。

原生渲染

原生渲染的层级可以分为以下几个层级： UIKit 、Core Animation 、OpenGL ES 、Graphics Hardware

• UIKit：UI基础库，用来满足我们上层开发；
• Core Animation：负责图形渲染与动画的基础设施，Core Animation将大部分实际的绘图任务交给了图形硬件来处理。
• OpenGL ES：OpenGL 的子集，一套专门处理GPU绘制的API。
• Core Graphics： 基于 Quartz 高级绘图引擎。它提供了具有无与伦比的输出保真度的低级别轻量级 2D 渲染。您可以使用此框架来处理基于路径的绘图，转换，颜色管理，离屏渲染，图案，渐变和阴影，图像数据管理，图像创建和图像遮罩以及 PDF 文档创建，显示和分析。
• Graphics Hardware： 图形硬件，

原生界面更新渲染的流程，可以分为以下流程。

第一步，更新视图树，同步更新图层树。当在操作 UI 时 如果改变了视图Frame或者更新了 UIView / CALayer的层级时，或者手动调用了 UIView / CALayer 的 setNeedsLayout / setNeedsDisplay方法后，在此过程中 app 可能需要更新 视图树，相应地，图层树 也会被更新；

第二步，CPU 计算要显示的内容，包括视图创建（设置 Layer 的属性）、布局计算、视图绘制（创建 Layer 的 Backing Image）、图像解码转换。当 runloop 在 BeforeWaiting 和 Exit状态时，会通知注册的监听，然后对图层打包，打完包后，将打包数据发送给一个独立负责渲染的进程 Render Server。

第三步，数据到达 Render Server 后会被反序列化，得到图层树，按照图层树中图层顺序、RGBA 值、图层 frame 过滤图层中被遮挡的部分，过滤后将图层树转成渲染树，渲染树的信息会转给 OpenGL ES/Metal。前面 CPU 所处理的这些事情统称为 Commit Transaction。

第四步，Render Server 会调用 GPU，GPU 开始进行前面提到的顶点着色器、形状装配、几何着色器、光栅化、片段着色器、测试与混合六个阶段。完成这六个阶段的工作后，再将 CPU 和 GPU 计算后的数据显示在屏幕的每个像素点上。整个渲染过程，如下图所示：

如上图所示，CPU 处理完渲染内容会输入到 Render Server 中，经图层树和渲染树的转换，通过 OpenGL 接口提供给 GPU，GPU 处理完后在屏幕上显示。渲染过程中 Commit Trasaction 的布局计算会重载视图 layoutSubviews 方法，以及执行 addSubview 方法来添加视图。视图绘制会重载视图的 drawRect 方法。这几个方法都是 iOS 开发中常用的。移动视图位置、删除视图、隐藏或显示视图、调用 setNeedsDisplay 或 setNeedsDisplayInRect 方法，都会触发界面更新，执行渲染流程。

Render Server

Render Server六个阶段如下：

1. 顶点着色器（Vertex Shader）。该阶段的输入是 顶点数据（Vertex Data），比如以数组的形式传递 3 个 3D 坐标用来表示一个三角形。顶点数据是一系列顶点的集合。顶点着色器主要的目的是把 3D 坐标转为另一种 3D 坐标，同时顶点着色器可以对顶点属性进行一些基本处理。

2. 形状（图元）装配（Shape Assembly）。该阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入，并将所有的点装配成指定图元的形状。图中则是一个三角形。图元（Primitive） 用于表示如何渲染顶点数据，如：点、线、三角形。

3. 几何着色器（Geometry Shader）。该阶段把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。例子中，它生成了另一个三角形。

4. 光栅化（Rasterization）。该阶段会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成片段。片段（Fragment） 是渲染一个像素所需要的所有数据。

5. 片段着色器（Fragment Shader）。该阶段首先会对输入的片段进行 裁切（Clipping）。裁切会丢弃超出视图以外的所有像素，用来提升执行效率。

6. 测试与混合（Tests and Blending）。该阶段会检测片段的对应的深度值（z 坐标），判断这个像素位于其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。此外，该阶段还会检查 alpha 值（ alpha 值定义了一个物体的透明度），从而对物体进行混合。因此，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。

写在最后

本章着重聊了聊渲染的原理以及iOS原生渲染的过程，那么在下一篇文章中，我们在聊聊目前火热的Flutter它的渲染流程是如何的，以及它跟原生渲染还有一些其他的前端渲染有何区别。敬请期待！