开启硬件加速导致动画掉帧分析

背景

最近碰到一个动画卡顿的问题，花了比较多的精力进行解决，并从中总结出来一些分析的套路，特此进行分享。
卡顿掉帧的现象：

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正常的现象：

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从现象可以看出，应用信息展开的时候，有一定的卡顿。

绘制原理

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要在屏幕上显示，其实要经过一系列的过程，Android 应用程序把经过测量、布局、绘制后的 surface 缓存数据，通过进程通信的方式，把数据给到SurfaceFlinger ，SurfaceFlinger这把这些图层的数据根据surface的排序进行混合，最后把混合之后的数据渲染到显示屏幕上， 通过 Android 的刷新机制来刷新数据。也就是说应用层负责绘制，系统层负责渲染，通过进程间通信把应用层需要绘制的数据传递到系统层服务，系统层服务通过刷新机制把数据更新到屏幕上。

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surfaceflinger在初始化时设置VnSync信号周期，一般为16ms，之后监听Vnsync信号，在收到信号之后，重新走混合渲染流程。
开发app的性能目标就是保持60fps，这意味着每一帧你只有16ms≈1000/60的时间来处理所有的任务。Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，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。

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如果你的某个操作花费时间是24ms，系统在得到VSYNC信号的时候就无法进行正常渲染，这样就发生了丢帧现象。那么用户在32ms内看到的会是同一帧画面。

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丢帧情况 卡顿情况
0-10帧 流畅
10-20帧 较卡
20-40帧 很卡
40-60帧 卡死了

卡顿分析

通过systrace抓取launcher应用卡顿时候的信息，获取的traceview，掉帧的的部分如下：

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线程在traceview中的信息包括两部分，线程运行状态，和线程运行方法栈。
通过颜色判断线程运行状态，各个颜色的含义为：
灰色：sleeping，线程休眠状态
蓝色：runnable，线程就绪状态
绿色：running，线程运行状态
从掉帧的的线程的运行状态判断，在掉帧的时候，UI线程状态色颜色为长时间灰色，处于sleeping状态。直接原因找到了，找到导致卡顿的元凶近了一步。
导致UI线程挂起的线程，一般也是将UI线程唤醒的线程。
在traceview中双击UI线程结束休眠后，变成就绪的第一个状态，也就是从灰色变成蓝色的第一个状态，可以发现，导致挂起的线程的线程号为27005。

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在traceview中搜索27005，可以知道此线程名为RenderThread，也就是硬件加速专门用来渲染的线程。

捕获3.PNG

并且从图中可看出在UI线程被唤醒前，RenderThread线程刚刚执行完syncFrameState方法。

捕获4.PNG

RenderThread的工作流程

RenderThread的工作流程可以参考 https://www.jianshu.com/p/bc1c1d2fadd1
简单的来说RenderThread的工作流程为：
1.将Main Thread维护的Display List同步到Render Thread维护的Display List去。这个同步过程由Render Thread执行，但是Main Thread会被阻塞住。
2.如果能够完全地将Main Thread维护的Display List同步到Render Thread维护的Display List去，那么Main Thread就会被唤醒，此后Main Thread和Render Thread就互不干扰，各自操作各自内部维护的Display List；否则的话，Main Thread就会继续阻塞，直到Render Thread完成应用程序窗口当前帧的渲染为止。
3.Render Thread在渲染应用程序窗口的Root Render Node的Display List之前，首先将那些设置了Layer的子Render Node的Display List渲染在各自的一个FBO上，接下来再一起将这些FBO以及那些没有设置Layer的子Render Node的Display List一起渲染在Frame Buffer之上，也就是渲染在从Surface Flinger请求回来的一个图形缓冲区上。这个图形缓冲区最终会被提交给Surface Flinger合并以及显示在屏幕上。

注意第二步：“如果能够完全地将Main Thread维护的Display List同步到Render Thread维护的Display List去，那么Main Thread就会被唤醒”，这个就验证了我们从traceview中看到的在RenderThread完成syncFrameState之后，UI线程被唤醒。

综述

掉帧的根本原因是RenderThread的绘制时间过长。UI线程在Draw方法中，完成将数据放入displaylist之后会挂起，等待Render Thread将displaylist的数据同步，也就是完成syncFrameState方法。如果RenderThread一直在绘制，那么UI线程挂起的时间就会很长，整个绘制市场就会超过16ms，最终导致掉帧。