一、主流图片加载库所使用的预解码究竟干了什么

为什么需要这个过程，解决了什么问题

为了解释这个过程具体的解决问题，需要至少了解苹果的系统解码器的工作流程。

Image/IO和惰性解码

Image/IO库是苹果提供的，跨所有Apple平台的系统解码器，支持常见的各种图像格式（JPEG/PNG/TIFF/GIF/HEIF/BMP等）的编码和解码。同时，有丰富的接口来和诸如Core Graphics库协作。

常见的网络图像解码，由于拿到的是一个压缩格式，肯定需要想办法转换到对应的UIImage。UIImage可以分为CGImage-based和CIImage-based，后者相对开销大一些，主要是用作滤镜等处理，不推荐使用。所以基本上各种图片库解码，为了解码压缩格式，得到一个CGImage，都是用了Image/IO的这个API：

CGImageSourceCreateImageAtIndex

实际上，Image/IO，除了调用具体的解码器产生图像的Bitmap以外，为了和Core Graphics库协作，也直接以CGImage这个数据结构来传递，但是他采取了一种惰性解码的创建方式。因此这里首先要了解CGImage初始化的接口和对应的行为：

CGImageCreate

这里面其他参数都好理解，具体看一个provider参数，这里面需要传入一个CGDataProviderRef，它是一个关于描述怎么样去获取这个Bitmap Buffer二进制数据的结构。再来看看CGDataProvider的初始化方法，这时候发现它有多种初始化方式，决定了后面的行为。

这个方法，允许接受一个CGDataProviderCallbacks参数，看说明，可以知道，这个callbacks是一系列函数指针回调，目的是提供一个sequential-access的访问模式，同时Data Buffer会被copy出去。同时，由于传入的是callbacks，可以做到不立即提供Data Buffer，而是在未来需要的时候再触发。

这个方法，类似于CGDataProviderCreate，但是注明了这个callbacks生成的Data Buffer不会被Copy，Core Graphics只会直接访问返回的Data Buffer指针，需要自己管理好内存。

这个方法，需要提供一个CFData，同时也不会Copy这个CFData。在Release的同时由Core Graphics自动释放CFData的内存，开发者不需要管理内存。

剩余的具体初始化方法可以看文档说明，总而言之，CGDataProvider提供了各种各样的访问模式，如直接访问，拷贝访问，惰性访问等。而现在问题就来了，前面说到，Image/IO创建CGImage的时候，也需要提供一个DataProvider来指明图像的Bitmap Buffer数据从哪里获取，它是具体用了什么方式呢？

答案是使用了一个私有APICGImageCreateWithImageProvider，经过查看，这个方式实际类似CGDataProviderCreateDirect，也就是通过一组callbacks，提供了一个直接访问，允许惰性提供Data Buffer的方式。换句话说，这也就意味着，Image/IO，其实采取的是一种惰性解码方式。解码器只预先扫描一遍压缩格式的容器，提取元信息，但是不产生最终的Bitmap Buffer，而是通过惰性回调的方式，才生成Bitmap Buffer。

换句话说，通过所有CGImageSourceCreateImageAtIndex这种API生成的CGImage，其实它的backing store（就是Bitmap）还没有立即创建，他只是一个包含了一些元信息的空壳Image。这个CGImage，在最终需要获取它的Bitmap Buffer的时候（即，通过相应的API，如CGDataProviderCopyData，CGDataProviderRetainBytePtr），才会触发最后的Bitmap Buffer的创建和内存分配。

Image/IO和Force Decode

理解到上面Image/IO的惰性解码行为，理解了上面一点，现在说明Force Decode所解决的问题。

众所周知，iOS应用的渲染模式，是完全基于Core Animation和CALayer的（macOS上可选，另说）。因此，当一个UIImageView需要把图片呈现到设备的屏幕上时候，其实它的Pipeline是这样的：

这个流程看起来没有什么问题，但是注意，Core Animation库自身，虽然支持异步线程渲染（在macOS上可以手动开启），但是UIKit的这套内建的pipeline，全部都是发生在主线程的。

因此，当一个CGImage，是采取了惰性解码（通过Image/IO生成出来的），那么将会在主线程触发先前提到的惰性解码callback（实际上Core Animation的调用，触发了一个CGDataProviderRetainBytePtr），这时候Image/IO的具体解码器，会根据先前的图像元信息，去分配内存，创建Bitmap Buffer，这一步骤也发生在主线程。

这个流程带来的问题在于，主线程过多的频繁操作，会造成渲染帧率的下降。实验可以看出，通过原生这一套流程，对于一个1000*1000的PNG图片，名列前茅次滚动帧率大概会降低5-6帧（iPhone 5S上当年有人的测试）。后续帧率不受影响，因为是惰性解码，解码完成后的Bitmap Buffer会复用。

所以，较早不知是哪个团队的人（可能是FastImageCache，不确定）发现，并提出了另一种方案：通过预先调用获取Bitmap，强制Image/IO产生的CGImage解码，这样到最终渲染的时候，主线程就不会触发任何额外操作，带来明显的帧率提升。后面的一系列图片库，都互相效仿，来解决这个问题。

具体到解决方案上，目前主流的方式，是通过CGContext开一个额外的画布，然后通过CGContextDrawImage来画一遍原始的空壳CGImage，由于在CGContextDrawImage的执行中，会触发到CGDataProviderRetainBytePtr，因此这时候Image/IO就会立即解码并分配Bitmap内存。得到的产物用来真正产出一个CGImage-based的UIImage，交由UIImageView渲染。

延伸阅读：

二、ForceDecode的优缺点

优点

缺点

由此可见，这是一个拿空间换时间的策略。但是实际上，iOS设备早期的内存都是非常有限的，UIKit整套渲染机制很多地方采取的都是时间换空间，因此最终苹果没有使用这套Pipeline，而是依赖于高性能的硬件解码器+其他优化，来保证内存开销稳定。当然，作为图片库和开发者，这就属于仁者见仁的策略了。如大量小图渲染的时候，开启Force Decode能明显提升帧率，同时内存开销也比较稳定。

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