setNeedsDisplay(): メソッドの本質とiOSでの再描画メカニズム

setNeedsDisplay()とは

setNeedsDisplay() はUIViewのメソッドで、ビューのコンテンツが古くなり再レンダリングが必要であることをシステムに通知します。このメソッドはパラメーターを取らず、voidを返します。呼び出し後、ビューはdirtyとしてマークされ、最も近い描画サイクルでシステムがこのビューのdraw(_:)を呼び出します。

重要な特徴は非同期性です。同じビューに対する複数の連続したsetNeedsDisplay()呼び出しは、複数のdraw(_:)呼び出しにはなりません — システムはそれらを1つの操作に結合します。これはパフォーマンスにとって非常に重要です：ビューのプロパティが1フレームで複数回変更されても、draw(_:)は1回だけ呼び出されます。

遅延再描画の仕組み

遅延再描画のメカニズムはUIKitのレンダリングサイクルに基づいています。setNeedsDisplay()が呼び出されると、システムは内部フラグlayer.needsDisplayをtrueに設定します。現在のrun loopの終わりに、システムはすべてのdirtyレイヤーを反復処理し、それぞれに対してdraw(_:)を呼び出します。

Run loopとレンダリングステップ

UIKitのrun loopには、dirtyビューが処理される更新フェーズが含まれています。このフェーズでは、必要に応じてlayoutSubviews()が呼び出され、次にマークされたすべてのビューに対してdraw(_:)が呼び出されます。描画が完了すると、結果はCore Animationを介してGPUに渡され、コンポジティングが行われます。

class ProgressView: UIView {
    var progress: CGFloat = 0 {
        didSet {
            setNeedsDisplay()
        }
    }

    override func draw(_ rect: CGRect) {
        super.draw(rect)
        guard let ctx = UIGraphicsGetCurrentContext() else { return }

        // 背景
        ctx.setFillColor(UIColor.lightGray.cgColor)
        ctx.fill(rect)

        // 進行中バー
        let fillRect = CGRect(x: rect.minX, y: rect.minY,
                              width: rect.width * progress, height: rect.height)
        ctx.setFillColor(UIColor.systemGreen.cgColor)
        ctx.fill(fillRect)
    }
}

この例では、progressViewがprogressを更新し、各セッターが自動的にsetNeedsDisplay()を呼び出します。システムはrun loopの終わりを待って、実際のprogress値でdraw(_:)を呼び出します。progressが1フレームで3回変更されても、draw(_:)は最後の値で1回だけ実行されます。

setNeedsDisplay() vs setNeedsDisplay(_:)

setNeedsDisplay(_:)メソッドはCGRect型のrectパラメーターを取り、再描画領域を制限します。これにより、ビュー全体ではなく、変更された部分のみを再描画できます。パフォーマンスの違いは、変更が小さな領域に影響する大きなビューを扱う場合に顕著になります。

複雑なグラフィックの場合、最初にシーン全体をオフスクリーンコンテキストに描画し、その後変更された領域に対してのみsetNeedsDisplay(_:)を呼び出すことをお勧めします。これはiOSの描画アプリケーションやグラフィックエディターでの標準的なテクニックです。

displayIfNeeded() vs setNeedsDisplay()

displayIfNeeded()は同期メソッドで、run loopの終わりを待たずに階層内のすべてのdirtyビューの再描画を即座に開始します。フラグのみを設定するsetNeedsDisplay()とは異なり、displayIfNeeded()はdraw(_:)の即時実行を強制します。

Appleは、描画結果が即座に必要な極端な場合にのみdisplayIfNeeded()を使用することを推奨しています — 例えば、スクリーンショットを撮る前や、UIGraphicsImageRendererの同期画像生成時などです。通常のシナリオでは、メインスレッドをブロックしないsetNeedsDisplay()による非同期モデルが推奨されます。

    // 非同期 — 推奨
someView.setNeedsDisplay()

    // 同期 — 必要な場合のみ
someView.setNeedsDisplay()
someView.displayIfNeeded() // draw(_:) が即座に呼ばれる

事前のsetNeedsDisplay()なしでdisplayIfNeeded()を呼び出しても効果はありません — このメソッドは既にdirtyとしてマークされたビューのみを処理します。再描画が必要なビューがない場合、displayIfNeeded()はdraw(_:)を呼び出さずに完了します。

setNeedsDisplay()呼び出しの最適化

頻繁なsetNeedsDisplay()呼び出しは、特にアニメーション中にパフォーマンスを低下させる可能性があります。主な最適化戦略を見てみましょう。

モデルによる変更のバッチ化

個々のプロパティが変更されるたびにsetNeedsDisplay()を呼び出す代わりに、変更を蓄積し、すべての更新を適用した後にメソッドを1回呼び出します。例えば、要素の色、サイズ、位置を変更する場合 — すべてのプロパティを設定した後にsetNeedsDisplay()を1回呼び出します。

アニメーション可能プロパティへのCALayerの使用

プロパティがCALayer（backgroundColor、opacity、position、transform）を介してアニメーション可能な場合、draw(_:)の代わりにCore Animationを使用します。CALayerプロパティはdraw(_:)を呼び出さずにGPUで更新され、CPU負荷なしで60 FPSを提供します。

CATransactionによるバッチ更新

複数の変更を1つのレンダリングパスにグループ化するには、CATransactionを使用します。これにより、トランザクションの最後に複数のsetNeedsDisplay()呼び出しを1つのdraw(_:)操作に結合できます。

CATransaction.begin()
CATransaction.setDisableActions(true)

view1.setNeedsDisplay()
view2.setNeedsDisplay()
view3.setNeedsDisplay()

CATransaction.commit()

displayIfNeeded()を多用しないでください — 同期再描画はメインスレッドをブロックし、フレーム落ちの原因になります。現在のrun loopが終了する前に描画結果が重要な操作にのみ使用してください。