原理-Android 综合

安卓UI 渲染机制

2018-05-05  本文已影响20人  gogoingmonkey

优化性能一般从渲染，运算与内存，电量三个方面进行，今天开始说聊一聊Android的渲染机制，我们要知道Android系统每隔16ms就重新绘制一次Activity，也就是说，我们的应用必须在16ms内完成屏幕刷新的全部逻辑操作，即每一帧只能停留16ms，渲染机制说完之后，然后在说如何去优化UI。

1、为什么是16ms

16ms意味着1000/60hz，相当于60fps。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，超过60fps就没有必要了。如果我们的应用没有在16ms内完成屏幕刷新的全部逻辑操作，就会发生卡顿。**

2、为什么16ms没完成绘制就会卡顿

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，VSync是Vertical Synchronization(垂直同步)的缩写，是一种在PC上很早就广泛使用的技术，可以简单的把它认为是一种定时中断。而在Android 4.1(JB)中已经开始引入VSync机制。

image.png

上图所示是VSync机制下的绘制过程。从上图可以看出，CPU和GPU的处理时间都少于一个VSync的间隔，即16.6ms。如果每个间隔都有绘制的情况下，当前的FPS即为60帧。

当CPU和GPU处理时间都很慢，或因为其他的原因，如在主线程中干活太多，那么就会出现如下图这样的状况。


image.png

从上图可以看到，CPU和GPU的处理时间因为各种原因都大于一个VSync的间隔（16.6ms），所以在第二个VSync还在处理1区域的绘制时，不可能实现理论上的FPS60，同时也出现了丢帧(SF: Skipped Frame)情况。试想用户盯着同一张图看了32ms而不是16ms，当然很容易察觉出卡顿感，哪怕仅仅出现一次掉帧，用户都会发现动画不是很顺畅，大家在察觉到APP卡顿的时候，可以看看logcat控制台，会有drop frames类似的警告，那么是什么原因导致16ms没能完成绘制的操作呢？

3、渲染原理

上面说了CPU和GPU的处理时间因为各种原因都大于一个VSync的间隔（16.6ms），导致了卡顿。渲染操作通常依赖于两个核心组件：CPU与GPU。CPU负责包括Measure，Layout，Record，Execute的计算操作，GPU 负责Rasterization(栅格化)操作。何为栅格化，我也是第一次听到这词，看下图。

[图片上传失败...(image-688e9f-1525510460536)]

所谓的栅格化就是绘制那些Button，Shape，Path，String，Bitmap等组件最基础的操作。它把那些组件拆分到不同的像素上进行显示，说的俗气一点，就是解决那些复杂的XML布局文件和标记语言，使之转化成用户能看懂的图像，但是这不是直接转换的，XML布局文件需要在CPU中首先转换为多边形或者纹理，然后再传递给GPU进行格栅化，对于栅格化，跟OpenGL有关，格栅化是一个特别费时的操作。

image.png

分析到这里，16毫秒的时间主要被两件事情所占用，第一件：将UI对象转换为一系列多边形和纹理；第二件：CPU传递处理数据到GPU。所以很明显，我们要缩短这两部分的时间，也就是说需要尽量减少对象转换的次数，以及上传数据的次数，对否？

我们再看一图，这图简单说明CPU和GPU的职责工作，以及可能发生的问题和解决方案。

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列名 解释
PIPELINE 管道
PROBLEM 发生的问题
TOOLS 用什么工具来解决
SOLUTION 解决方案时什么

在CPU方面，最常见的性能问题是不必要的布局和失效，这些内容必须在视图层次结构中进行测量、清除并重新创建，引发这种问题通常有两个原因：一是重建显示列表的次数太多，二是花费太多时间作废视图层次并进行不必要的重绘，这两个原因在更新显示列表或者其他缓存GPU资源时导致CPU工作过度。在GPU方面，最常见的问题是我们所说的过度绘制（overdraw），通常是在像素着色过程中，通过其他工具进行后期着色时浪费了GPU处理时间。下面我们对GPU和CPU产生的两大问题进行优化。

4、过度绘制（overdraw）*检测

Overdraw(过度绘制)描述的是屏幕上的某个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。

按照以下步骤打开Show GPU Overrdraw的选项：设置 -> 开发者选项 -> 调试GPU过度绘制 -> 显示GPU过度绘制

[图片上传失败...(image-3ea5ed-1525510460536)]

蓝色，淡绿，淡红，深红代表了4种不同程度的Overdraw情况，

我们的目标就是尽量减少红色Overdraw，看到更多的蓝色区域。

5、Overdraw 的处理方案
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">

    <ListView
        android:id="@+id/listview"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent" />

    <ViewStub
        android:id="@+id/network_error_layout"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:layout="@layout/empty_view" />
</RelativeLayout>


 private void showNetError() {
        // not repeated infalte
        if (networkErrorView != null) {
            networkErrorView.setVisibility(View.VISIBLE);
            return;
        }

        ViewStub stub = (ViewStub)findViewById(R.id.network_error_layout);
        networkErrorView = stub.inflate();
        Button networkSetting = (Button)networkErrorView.findViewById(R.id.network_setting);
        Button refresh = (Button)findViewById(R.id.network_refresh);
    }

    private void showNormal() {
        if (networkErrorView != null) {
            networkErrorView.setVisibility(View.GONE);
        }
    }
6、减少不必要的层次：巧用Hierarchy Viewer

Hierarchy Viewer接触过Android的人估计都用过，如果在真机上可以
使用ViewServer这个第三方库：https://github.com/romainguy/ViewServer，配置步骤比较简单，主要分为如下三步：
第一步，在根build.gradle文件中加入

allprojects {
    repositories {
        jcenter()
        maven { url "https://jitpack.io" }
    }
}

第二步，在Module的build.gradle文件中加入

dependencies {
    ...................................
    compile 'com.github.romainguy:ViewServer:017c01cd512cac3ec054d9eee05fc48c5a9d2de'
}

第三步，加上访问网络权限，在Activity添加下列代码

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
        // Set content view, etc.  
        ViewServer.get(this).addWindow(this);  
    }  

    public void onDestroy() {  
        super.onDestroy();  
        ViewServer.get(this).removeWindow(this);  
    }  

    public void onResume() {  
        super.onResume();  
        ViewServer.get(this).setFocusedWindow(this);  
    }

它只能在root过的机器才能使用，可以帮我们减少View的层，在Hierarchy Viewer窗口中，所有的子View上面都有了3个圈圈， （取色范围为红、黄、绿色），这三个圈圈分别代表measure 、layout、draw的速度，并且你也可以看到实际的运行的速度，如果你发现某个View上的圈是红色，那么说明这个View相对其他的View，该操作运行最慢，注意只是相对别的View，并不是说就一定很慢。

布局常见问题与优化建议

作者：LooperJing
链接：https://www.jianshu.com/p/9ac245657127
來源：简书
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