Android性能优化典范总结（一）
原文地址：http://hukai.me/android-performance-patterns/
一、渲染机制
正常情况下，Android系统每隔16ms会对UI进行一次渲染，如果每次渲染都成功，这样就能够达到流畅的画面所需要的60fps（每秒传输帧数）。
正常渲染
如果某个操作耗时24ms，也就意味着将会错过一次渲染UI的机会，这样就发生了丢帧现象。用户在32ms内看到的会是同一帧画面。
丢帧
有很多原因会导致丢帧：
- layout布局太过复杂
- UI上有层叠太多的绘制单元
- 动画执行的次数过多
这些都会导致CPU或者GPU负载过重。
二、过渡绘制
Overdraw(过度绘制)描述的是屏幕上的某些像素在同一帧的时间内被绘制了多次。
在多层次的UI结构里面，如果不可见的UI也在做绘制的操作，这就会导致某些像素区域被绘制了多次。这就浪费大量的CPU以及GPU资源。幸运的是，我们可以通过手机设置里面的开发者选项，打开Show GPU Overdraw的选项，可以观察UI上的Overdraw情况。
绘制图
例如某个Activity有一个背景，然后里面的Layout又有自己的背景，同时子View又分别有自己的背景。仅仅是通过移除非必须的背景图片，这就能够减少大量的红色Overdraw区域，增加蓝色区域的占比。这一措施能够显著提升程序性能。
三、VSYNC信号
首先了解两个概念：
- 帧率：Frame Rate，单位 fps（每秒传输帧数），是指GPU生成帧的速率，一般来说越高越好。
- 屏幕刷新频率：Refresh Rate，单位赫兹/Hz，是指设备刷新屏幕的频率，该值对于特定的设备来说是个常量，如 60Hz。
图像显示到屏幕上一般分为两步：
- GPU对图片进行渲染
- 渲染后的内容呈现到屏幕上
理想的情况是帧率和刷新频率相等，每绘制一帧，屏幕显示一帧。而实际情况是，二者之间没有必然的大小关系，如果没有锁来控制同步，很容易出现问题。
当帧率大于刷新频率，当屏幕还没有刷新第 n-1 帧的时候，GPU 已经在生成第 n 帧了，从上往下开始覆盖第 n-1 帧的数据，当屏幕开始刷新第 n-1 帧的时候，Buffer 中的数据上半部分是第 n 帧数据，而下半部分是第 n-1 帧的数据，显示出来的图像就会出现上半部分和下半部分明显偏差的现象，我们称之为 “tearing”
当帧率小于刷新频率，某些帧显示的画面内容就会与上一帧的画面相同。
四、UI渲染过程
栅格化：栅格即像素，栅格化即将矢量图形转化为位图（栅格图像）。它把UI上的组件拆分到不同的像素上进行显示。这是一个很费时的操作，GPU的引入就是为了加快栅格化的操作。
栅格化
CPU负责把UI组件计算成Polygons，Texture纹理，然后交给GPU进行栅格化渲染。
然而每次从CPU转移到GPU是一件很麻烦的事情，所幸的是OpenGL ES可以把那些需要渲染的纹理Hold在GPU Memory里面，在下次需要渲染的时候直接进行操作。所以如果你更新了GPU所hold住的纹理内容，那么之前保存的状态就丢失了。
Android里的Drawable、Bitmap都是直接被打包到统一的Texture纹理中，然后再传递到GPU Memory里面，这意味着每次你需要使用这些资源的时候，都是直接从纹理里面进行获取渲染的。
五、内存抖动（Memory Churn）
虽然Android有自动管理内存的机制，但是对内存的不恰当使用仍然容易引起严重的性能问题。在同一帧里面创建过多的对象是件需要特别引起注意的事情。
Android系统里面有一个Generational Heap Memory的模型，系统会根据内存中不同的内存数据类型分别执行不同的GC操作。例如，最近刚分配的对象会放在Young Generation区域，这个区域的对象通常都是会快速被创建并且很快被销毁回收的，同时这个区域的GC操作速度也是比Old Generation区域的GC操作速度更快的。
Generational Heap Memory模型
GC操作最大的特点就是Stop-The-World，也就是说执行GC操作的时候，所有线程的任何操作都会需要暂停，等待GC操作完成之后，其他操作才能够继续运行。
image.png
通常来说，单个的GC并不会占用太多时间，但是大量不停的GC操作则会显著占用帧间隔时间(16ms)。如果在帧间隔时间里面做了过多的GC操作，那么自然其他类似计算，渲染等操作的可用时间就变得少了。
导致GC频繁执行有两个原因：
- 频繁创建和销毁大量对象，从而导致内存抖动
-
瞬间产生大量的对象会严重占用Young Generation的内存区域，当达到阀值，剩余空间不够的时候，也会触发GC。即使每次分配的对象占用了很少的内存，但是他们叠加在一起会增加Heap的压力，从而触发更多其他类型的GC。这个操作有可能会影响到帧率，并使得用户感知到性能问题。
那么如何检测程序是否存在内存抖动现象，AndroidStudio给我们提供了分析工具Android Profiler。如果你在Memory Monitor里面查看到短时间发生了多次内存的涨跌，这意味着很有可能发生了内存抖动。
image.png
当你大致定位问题之后，接下去的问题修复也就显得相对直接简单了。例如，你需要避免在for循环里面分配对象占用内存，需要尝试把对象的创建移到循环体之外，自定义View中的onDraw方法也需要引起注意，每次屏幕发生绘制以及动画执行过程中，onDraw方法都会被调用到，避免在onDraw方法里面执行复杂的操作，避免创建对象。对于那些无法避免需要创建对象的情况，我们可以考虑对象池模型，通过对象池来解决频繁创建与销毁的问题，但是这里需要注意结束使用之后，需要手动释放对象池中的对象。
