iOS 14 egret 游戏卡顿问题分析和部分解决办法

现象

总体而言，iOS 14 渲染性能变差，可以从以下三个测试看出。

测试1：
简单demo，使用egret引擎显示3000个图（都是同一个100*100 png 纹理），逐帧做旋转。（博客园视频播放可能有问题，视频地址：https://github.com/kenkozheng/kenkozheng.github.com/blob/master/WebGL/ios14/video/1.mp4?raw=true）

视频中，黑色机器是iOS14.0，白色是iOS13.7，都是iphone 7plus。

虽然从视频中来看，iOS 14的fps还要高一些，但实际上14明显卡顿。原因是：Egret检测的fps是web层面通过requestAnimationFrame得到的，实际上和画面渲染没有严格对等关系。

改为通过perfDog，从native层面看帧频，看到iOS14只有13fps，而旧版本有40+，这也解释了为什么肉眼看起来14的渲染要更卡顿。

测试2：
复杂demo，使用egret引擎显示candy爆炸龙骨动画100个。（博客园视频播放可能有问题，视频地址：https://github.com/kenkozheng/kenkozheng.github.com/blob/master/WebGL/ios14/video/2.mp4?raw=true）

和上边测试1类似，egret左上角的fps显示并不准确，通过perfDog检测，实际帧频只有7fps左右。

测试3：
在复杂demo基础上（还是100个爆炸动画），修改egret代码，禁用颜色混合shader，所有元素渲染都统一使用普通shader。
由于龙骨设定为24fps，而实际fps有40，从视频中肉眼无法看出卡顿。所以这里视频省去。

也是类似的情况，iOS14比iOS13渲染fps低，iOS14只有8fps左右，而iOS13有40+fps。

测试4：

使用自研的简单webgl引擎（min2d），显示15000个100*100的png。（博客园视频播放可能有问题，视频地址：https://github.com/kenkozheng/kenkozheng.github.com/blob/master/WebGL/ios14/video/3.mp4?raw=true）

情况和egret引擎类似，还是iOS14明显卡顿，虽然界面显示fps较大，但实际帧率只有10fps左右。题外话：自研引擎性能略比egret好10%左右，但上边测试中能支持15000个图片，只是因为自研引擎没有做像素密度加倍尺寸渲染。

由此可见，iOS14 webgl性能确实比iOS13有明显下降。

分析

从egret的监控来看，js层面的耗时（包括顶点计算、调用webgl）都没有明显问题，iOS14比iOS13甚至还有一些优化。但实际渲染帧频，iOS14又明显比iOS13更低，问题应该出于safari内部对webgl接口的具体实现上有一些改变。

调试过程中，发现两个比较奇怪的现象：

1、本来满帧运行，但运行一段时间后，会下降到40-50fps。

2、50个爆炸动画播放时能稳定在50fps，但增加到60个爆炸动画之后，fps会断崖式下跌，到14fps左右。

从这个现象，推测内部实现在显存管理上，可能出了较大变化，可能有一些缓存，数据达到阈值后，可能有反复的数据交换。

首先，排查了几个方面：

1、drawCall推送vertex buffer的方式（webgl.bufferData vs webgl.bufferSubData）

egret每次drawCall使用webgl.bufferData推送顶点数据，这个方法每次推送覆盖整个bufferData；而webgl.bufferSubData可以指定offset，只覆盖部分数据。

但由于每次修改的数据量并不多，两者从理论和实际测试来看，都没有区别。

2、推送纹理、webgl初始化设定（抗锯齿等）、frameBuffer

上述方面，egret的设置都属于通用做法，并没有特殊，而且调整了参数后，性能并没有提升。

3、去除shader的alpha计算

也没有明显变化

4、去除blendMode处理

虽然有明显的性能提升，但在iOS14上的性能提升并不比iOS13上的提升更大，blendMode并不是iOS14变慢的主要因素。

而且BlendMode是游戏素材制作的必需选项，影响到透明叠加效果，无法简单去除。

上述几个方面都没有找到解决方式。

另外，另外的游戏引擎cocos creator，官方提出在cocos引擎中使用了多次drawCall共享vertex buffer和index buffer的优化技术（也是常规的优化手段），但在iOS14中反而变成了性能瓶颈，已针对做了处理（针对iOS14，每次drawCall使用不同的vertex buffer）。

参考：

https://forum.cocos.org/t/ios-14-web/97808

https://github.com/cocos-creator/engine/pull/7415/files#

分析egret的实现，设置了默认每次drawcall最多同时批处理2048个元素，对于一般sprite来说，一个元素就等于一个图，等于一个长方形，等于两个三角形，也等于六个顶点。

进一步，egret在初始化时，会创建一个12288个unsigned short组成的index buffer，然后bindBuffer到GPU。这个过程一般只执行一次，后续不会再绑定，也不会再创建新的buffer（网格拉伸情况除外，会换一个indexbuffer数据内容）。

那么，每次drawcall时，无论是多少个元素，哪怕只有1个元素（6个顶点）都会使用这个12288长度的index buffer。

从这个角度来看，确实可能存在优化的可能。

引擎改进

从现象和分析过程得出，iOS14确实有性能下降，我们可以从一些维度，尽可能挽回一些性能下降。

目前确认可以从引擎层面改进的是index buffer问题。

改进的策略是：判断是否iOS14，如果是，就在每个drawcall前，推送新的index buffer和vertex buffer数据，这些数据只包括本次渲染所需，没有多余数据。

具体改动：

WebGLRenderContext的$drawWebGL方法中，判断是否Mesh绘制，在非Mesh绘制情况下，切分vao中的indices array和vertices array，取出本次drawcall所需部分，上传给gpu。而且，在这个情况下，drawData要忽略offset，改为固定的0（offset是对应vertex buffer中包含多次drawcall数据时才使用，现在每次按需推送，所以就不需要offset了）。

同样渲染50个爆炸龙骨动画，修改后的版本性能有明显提升。 如下图，左侧1分钟是原有版本下绘制50个爆炸龙骨动画的fps情况，右侧是优化后版本的fps情况。原有版本平均10fps，而优化后平均20fps（这个帧率可能和前边测试demo略有差异，是由于iphone渲染一段时间后变慢有关）。

index buffer的使用调整，确实能解决上述爆炸龙骨动画在iOS14的性能问题。

另外，排查过程中，还发现一些值得探索的方向：

1、带filter和不带filter的图元，如何批处理。egret引擎原来没有做批处理。如果能实现这个优化，将极大减少龙骨的渲染drawCall。

2、调整像素密度绘制策略。egret引擎默认以屏幕像素密度作为倍数绘制webgl画布，但游戏素材并没有这么大，这个扩大渲染对性能有影响，但视觉效果没有提升。

第2点，尤其可以针对低端机型，例如系统版本在6.x或以下的android，这部分机型本来性能就较差，但还可能按2-3倍像素去绘制webgl，渲染帧率就更低。

例如，oppo r9 系统版本5.1，屏幕像素密度3，强制以密度1绘制，性能能够提升30%。

除上述提到的方向外，针对iOS14，可能还存在更多针对性优化的方向，但还需要针对具体的场景，逐个分析。

性能结论

iOS14对比iOS13和以前版本，在webgl渲染性能上有明显下降，尤其在drawcall次数较大、渲染面积较大或使用较多颜色混合滤镜情况下，下降尤其明显。

针对iOS14，虽然能在一些方面改善性能，但单纯从js角度，无法让webgl渲染性能恢复到iOS13的水平，只能寄望于苹果官方自行修复底层问题（已有不少反馈到苹果论坛）。

素材开发建议

除了从引擎底层解决iOS14卡顿问题，另外，针对游戏业务素材，还可以做一些改动，提高渲染性能：

1、减少龙骨动画层级，减少图元个数；

2、避免使用颜色混合和BlendMode（混合模式）；

3、避免使用有大面积透明区域的图片，可以把图片切分为只有有效内容的多个小图。

另外，iOS14在js层面监控到的帧频不是真正的webgl渲染帧频，性能优化需要直接连接perfDog做监控。