iOS 中图片的解压缩到渲染过程

图像从文件到屏幕过程

通常计算机在显示是cpu与GPU协同合作完成一次渲染，具体的分工是：
1、cpu: 计算视图frame，图片解码，需要绘制纹理图片通过数据总线交给GPU；
2、GPU: 纹理混合，顶点变换与计算,像素点的填充计算，渲染到帧缓冲区；
3、时钟信号：垂直同步信号V-Sync / 水平同步信号H-Sync；
4、iOS设备双缓冲机制：显示系统通常会引入两个帧缓冲区，双缓冲机制。
图片加载的工作流程
1、使用 +imageWithContentsOfFile: 方法从磁盘中加载一张图片，这个时候的图片并没有解压缩；
2、然后将生成的 UIImage 赋值给 UIImageView；
3、接着一个隐式的 CATransaction 捕获到了 UIImageView 图层树的变化；
3、在主线程的下一个 runloop 到来时，Core Animation 提交了这个隐式的 transaction ，这个过程可能会对图片进行 copy 操作，而受图片是否字节对齐等因素的影响，这个copy操作可能会涉及以下部分或全部步骤：
（1）分配内存缓冲区用于管理文件 IO 和解压缩操作；
（2）将文件数据从磁盘读到内存中；
（3）将压缩的图片数据解码成未压缩的位图形式，这是一个非常耗时的 cpu 操作；
（4）最后 Core Animation 中CALayer使用未压缩的位图数据渲染 UIImageView 的图层；
（5）cpu计算好图片的Frame,对图片解压之后.就会交给GPU来做图片渲染。
5、渲染流程：
（1）GPU获取获取图片的坐标；
（2）GPU获取获取图片的坐标；
（3）将图片光栅化(获取图片对应屏幕上的像素点)；
（4）片元着色器计算(计算每个像素点的最终显示的颜色值)；
（5）从帧缓存区中渲染到屏幕上；
注意：图片的解压缩是一个非常耗时的 cpu 操作，并且它默认是在主线程中执行的。那么当需要加载的图片比较多时，就会对应用的响应性造成严重的影响，尤其是在快速滑动的列表上，会表现更加突出。
图片解压缩原理
当未解压缩的图片将要渲染到屏幕时，系统会在主线程对图片进行解压缩，而如果图片已经解压缩了，系统就不会再对图片进行解压缩。因此，也就有了业内的解决方案，在子线程提前对图片进行强制解压缩。
而强制解压缩的原理就是对图片进行重新绘制，得到一张新的解压缩后的位图。其中，用到的最核心的函数是 CGBitmapContextCreate ：

CG_EXTERN CGContextRef __nullable CGBitmapContextCreate(void * __nullable data,
    size_t width, size_t height, size_t bitsPerComponent, size_t bytesPerRow,
    CGColorSpaceRef cg_nullable space, uint32_t bitmapInfo)
    CG_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_0, __IPHONE_2_0);

1、data ：如果不为 NULL ，那么它应该指向一块大小至少为 bytesPerRow * height 字节的内存；如果为 NULL ，那么系统就会自动分配和释放所需的内存，所以一般指定 NULL 即可；
2、width 和height ：位图的宽度和高度，分别赋值为图片的像素宽度和像素高度即可；
3、bitsPerComponent ：像素的每个颜色分量使用的 bit 数，在 RGB 颜色空间下指定 8 即可；
4、bytesPerRow ：位图的每一行使用的字节数，大小至少为 width * bytes per pixel 字节。当我们指定 0/NULL 时，系统不仅会为我们自动计算，而且还会进行 cache line alignment 的优化
5、space ：就是我们前面提到的颜色空间，一般使用 RGB 即可；
6、bitmapInfo ：位图的布局信息.kCGImageAlphaPremultipliedFirst。

YYImage\SDWebImage开源框架实现
1、用于解压缩图片的函数 YYCGImageCreateDecodedcopy 存在于 YYImageCoder 类中，核心代码如下：

CGImageRef YYCGImageCreateDecodedcopy(CGImageRef imageRef, BOOL decodeFordisplay) {
    ...

    if (decodeFordisplay) { // decode with redraw (may lose some precision)
        CGImageAlphaInfo alphaInfo = CGImageGetAlphaInfo(imageRef) & kCGBitmapAlphaInfoMask;

        BOOL hasAlpha = NO;
        if (alphaInfo == kCGImageAlphaPremultipliedLast ||
            alphaInfo == kCGImageAlphaPremultipliedFirst ||
            alphaInfo == kCGImageAlphaLast ||
            alphaInfo == kCGImageAlphaFirst) {
            hasAlpha = YES;
        }

        // BGRA8888 (premultiplied) or BGRX8888
        // same as UIGraphicsBeginImageContext() and -[UIView drawRect:]
        CGBitmapInfo bitmapInfo = kCGBitmapByteOrder32Host;
        bitmapInfo |= hasAlpha ? kCGImageAlphaPremultipliedFirst : kCGImageAlphaNoneskipFirst;

        CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(NULL, width, height, 8, 0, YYCGColorSpaceGetDeviceRGB(), bitmapInfo);
        if (!context) return NULL;

        CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, width, height), imageRef); // decode
        CGImageRef newImage = CGBitmapContextCreateImage(context);
        CFRelease(context);

        return newImage;
    } else {
        ...
    }
}

2、它接受一个原始的位图参数 imageRef ，最终返回一个新的解压缩后的位图 newImage ，中间主要经过了以下三个步骤：
（1）使用 CGBitmapContextCreate 函数创建一个位图上下文；
（2）使用 CGContextDrawImage 函数将原始位图绘制到上下文中；
（3）使用 CGBitmapContextCreateImage 函数创建一张新的解压缩后的位图。
注意：SDWebImage 中对图片的解压缩过程与上述完全一致，只是传递给 CGBitmapContextCreate 函数的部分参数存在部分差别。
3、性能对比：
（1）在解压PNG图片,SDWebImage>YYImage
（2）在解压JPEG图片,SDWebImage<YYImage

总结
1、图片文件只有在确认要显示时,cpu才会对齐进行解压缩.因为解压是非常消耗性能的事情.解压过的图片就不会重复解压,会缓存起来；
2、图片渲染到屏幕的过程: 读取文件->计算Frame->图片解码->解码后纹理图片位图数据通过数据总线交给GPU->GPU获取图片Frame->顶点变换计算->光栅化->根据纹理坐标获取每个像素点的颜色值(如果出现透明值需要将每个像素点的颜色*透明度值)->渲染到帧缓存区->渲染到屏幕；
3、面试中如果能按照这个逻辑阐述,应该没有大的问题.不过,如果细问到离屏渲染和渲染中的细节处理.就需要掌握OpenGL ES/Metal 这个2个图形处理API. 面试过程可能会遇到不在自己技术能力范围问题,尽量知之为知之不知为不知.

iOS 中图片的解压缩到渲染过程

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