屏幕渲染机制

• cpu(gpu sf暂统称cpu)经过各种运算，将数据写入一块内存中，这块内存叫做「帧缓冲」。
• 帧缓冲可以理解为一个M*N矩阵，数据从上到下一行一行保存。
• 屏幕在显示的时候，从上到下逐行扫描，依次显示在屏幕上，我们把这样的一屏数据叫做「一帧」。
• 当一帧数据渲染完后，就开始新一轮扫描，如果CPU「正好」(不正好后面再说)也把下一帧数据写入帧缓冲，那么就会显示下一帧画面，如此循环，我们就看到了不断变化的画面，也就是图像。

过程很简单，执行起来却很难，因为这里有两个问题，撕裂和卡顿，为什么？

• 如果当屏幕渲染到一半的时候，cpu已经整理好了下一帧的数据，给到帧缓冲，这时屏幕继续从帧缓冲中一半的位置开始读取数据，这时画面就会显示异常，这种两个图像重合的的问题叫作图像撕裂。
• 如果当屏幕渲染完一帧画面，cpu还没整理好下一帧数据给到帧缓冲，这时屏幕继续从帧缓冲中读取数据渲染，显示的还是上一帧的数据，这时用户就会感觉到卡顿。

那你就会有个疑问了

• 这cpu怎么这么笨，屏幕都没把数据渲染完，干嘛把数据换了？
• 屏幕怎么这么傻，数据都被换了，怎么不从头读取呢？

这是因为"现代计算机之父"冯·诺依曼提出了计算机的体系结构: 计算机由运算器，存储器，控制器，输入设备和输出设备构成，每部分各司其职。

• 屏幕的作用就是渲染，不管外界怎么变化，它就是一行一行的渲染。
• cpu的任务就是运算，运算好了把数据丢给帧缓冲，继续运算。

那能不能让cpu停下来？
当然可以，但是不划算，因为这样就等于把cpu的长处给扼杀了。

等等，有个问题，你说当两个图像重合的的问题叫作撕裂，那不是从第二帧开始，时时刻刻都在撕裂?

• 好吧，我说错了，有一点忘记说了，应该有个时间，在这个时间内渲染完一帧，画面看起来就是连续的，这个时间大约是16ms。

为什么是16ms?

• 这是因为人眼与大脑之间的协作无法感知超过60fps的画面更新。12fps大概类似手动快速翻动书籍的帧率，这明显是可以感知到不够顺滑的。24fps使得人眼感知的是连续线性的运动，这其实是归功于运动模糊的效果。24fps是电影胶圈通常使用的帧率，因为这个帧率已经足够支撑大部分电影画面需要表达的内容，同时能够最大的减少费用支出。但是低于30fps是无法顺畅表现绚丽的画面内容的，此时就需要用到60fps来达到想要的效果，当然超过60fps是没有必要的。

fps是啥玩意儿？这里说两个概念

• 屏幕刷新率(Hz)：屏幕在一秒内刷新的次数，Android手机一般都是60Hz，也就是一秒刷新60次，当然也有高刷的，但是60Hz足矣。

• 帧速率(FPS)：cpu在一秒内合成的帧数，比如60FPS，就是60 frame per sconds，意思就是一秒合成60帧。如上所述，当屏幕刷新率大于帧速率的时候，会发生卡顿；屏幕刷新率小于帧速率的时候，会发生撕裂。那么怎么解决这个问题呢？

怎么解决呢？Vsync 和 双缓冲

双缓冲+Vsync

• 屏幕正在从前缓冲读取第一帧数据并渲染，此时cpu计算完第二帧数据，放在后缓冲，等待VSYNC信号。
• 屏幕将第一帧数据渲染完毕，发出VSYNC信号，cpu收到VSYNC信号，将后缓冲的第二帧数据复制到前缓冲。
• 同时屏幕继续绘制第二帧数据，cpu开始计算下一帧数据，循环往复。

牛~~，双缓冲+Vsync解决了撕裂问题，但是并没有解决卡顿的问题,当cpu收到Vsync信号后，如果cpu还没有计算完，也肯定就不会交换前后缓冲的数据，也就是说，屏幕再次读取的还是前缓冲的数据，也就是两次显示了一样的画面，也就是产生了卡顿。
是的，卡顿问题是解决不了的，只能优化。

还能怎么优化？三缓冲 ！
首先要清楚下，Android屏幕绘制流程。

1. 任何一个View都是依附于window的
2. 一个window对应一个surface
3. view的measure、layout、draw等均是计算数据，这些是cpu干的事
4. cpu把这些事干好后，在经过一系列计算将数据转交给gpu
5. gpu将数据栅格化后，就交给SurfeceFlinger(以下简称SF)
6. SF将多个surfece数据合并处理后，就放入后缓冲区
7. 屏幕以固定频率从前缓冲区拿出数据渲染，渲染完毕后发送VSYNC，此时前后缓冲区数据交换，屏幕绘制下一帧。

上述7步是建立在开启硬件加速的情况下的，如果没有硬件加速，就去掉gpu部分，就可以简单理解为cpu直接将数据转交给sf，我们简单整理一下数据的传递流程:
「cpu -> gpu -> display」，而且我们看到，cpu和gpu是排队工作的，它俩和屏幕是并行工作的。好，我们来看发生卡顿(jank)的场景

双缓冲卡顿场景

• 我们可以将Display那一行看作是前缓冲，将GPU和CPU两行叠加起来看作是后缓冲(因为它俩排队使用)，将VSYNC线隔离开的竖行看作一个帧。
• 我们看到，在第一帧里面，GPU墨迹了半天没搞完，以至于在第二帧里面，Display(屏幕)显示的还是第一帧的A数据，此时就产生了Jank(卡顿)，并且在一个vsync信号过来后，cpu什么都没做，因为gpu占着后缓冲(那个绿色的长B块)，所以cpu只能再等下一个vsync，在下一个vsync里面，cpu终于拿到了后缓冲的使用权，但是cpu计算时间比较长，导致了gpu时间不够用，数据又没算完，再次发生了卡顿，可以说，这次卡顿直接受到了第一次卡顿的影响。
• 试想: 如果在第一次卡顿的时候，cpu也能计算数据，那么，第二次卡顿可能就不存在了，因为cpu已经在第一次卡顿的时候把蓝色的A给计算完了，第二次完全可以让gpu独自计算(绿色的A)，就不存在因为排队导致的时间不够用了，但是！cpu和gpu共用后缓冲，这就导致它们只能轮流使用后缓冲，怎么解决呢？再加一个后缓冲区，让cpu、gpu各用一块。

我们来看引入三缓冲后的效果：

三缓冲使用效果

• 我们看到，在第一次jank内，cpu使用了第三块缓冲区，自己计算了C帧的数据，假如此时没有三缓冲，那么cpu就只能再继续等下一个vsync信号，也就是在图中蓝色A块的地方，才能开始计算C帧数据，就又引发下一次卡顿。我们看到，通过引入三缓冲，虽然不能避免卡顿问题，但是却可以大幅优化卡顿问题，尤其是避免连续卡顿。
• 但是，三缓冲也有缺点，就是耗资源，所以系统并非一直开启三缓冲，要想真正解决问题，还需要在cpu层对数据尽量优化，从而减小cpu和gpu的计算量，比如:View尽量扁平化，少嵌套，少在UI线程做耗时操作等。

源码层面看cpu做了哪些事
请看这篇文章，View的加载流程
从这里我们可以看出，View加载过程中，使用到的耗时操作

• IO操作（读取布局文件）
• Xml解析（解析布局文件）
• 使用了递归（递归查找每一个View）。
• 反射（使用反射初始化view）

解决IO操作和Xml解析
如果在可以的情况下，不推荐使用Xml来写布局，推荐使用代码直接new。但是这样一来可维护性大大降低。
借用此思想，github上也有一个由掌阅发布的开源库：https://github.com/iReaderAndroid/X2C

• 为了即保留xml的优点，又解决它带来的性能问题，我们开发了X2C方案。即在编译生成APK期间，将需要翻译的layout翻译生成对应的java文件，这样对于开发人员来说写布局还是写原来的xml，但对于程序来说，运行时加载的是对应的java文件。     我们采用APT（Annotation Processor Tool）+ JavaPoet技术来完成编译期间【注解】->【解注解】->【翻译xml】->【生成java】整个流程的操作。

RecyclerView优化
RecyclerView一些你可能需要知道的优化技术
参考：
Android 性能优化必知必会
性能优化系列总篇
Android性能优化
一篇小短文，带你了解屏幕刷新背后的故事
Android UI性能优化实战 识别绘制中的性能问题
Android UI性能优化 检测应用中的UI卡顿
Google 发布 Android 性能优化典范
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