Android Vsync详解

 

简介

Android4.1(Jelly Bean)引入了Vsync(垂直同步信号量)，用来同步渲染，让AppUI和SurfaceFlinger可以按硬件产生的VSync节奏进行工作。

切入正题

他们怎么做到的

那么，你如何使一个8个月的Galaxy Nexus运行像一个Galaxy S III？这要大量的艰苦工作。这个艰苦工作的详细由两个我最喜欢的I / O主持人Chet Haase和Romain Guy叙述出来。一个小时的PowerPoint演示文稿针对开发人员不是最容易接触的东西，所以我要偷一些幻灯片，并尝试覆盖更有趣的部分，并（希望）将其缩减到几分钟。这听起来不是很有趣吗？

 

VSync将绘制框架变成一个被很好润滑的机器

 

PC游戏玩家可能很熟悉术语“VSync”。这是一个防止屏幕图形在视频游戏中被撕裂的选项复选框。

要了解什么是VSync是什么，我们需要一个快速显示引导：视频（即手机显示器做东西）是由称为“帧”的单个图片。平滑动画通常为每秒60帧。帧由像素组成，并且当显示器绘制帧时，逐行填充像素。明白了吗？好的

显示器（LCD，AMOLED等）从图形芯片获取每一帧，并开始逐行绘制。理想情况下，您希望显示器在完成绘制前一帧后从图形芯片获取新帧。当图形芯片在LCD绘图中间加载一个新帧时，会出现撕裂，因此您得到一帧的一半，另半帧的一半。

 

VSync，这是一个同步的东西。它告诉GPU等待屏幕在加载下一帧之前完成其逐行绘制。

Android一直使用VSync来防止屏幕撕裂，但JellyBean更进一步。VSync脉冲现在用于开始下一帧的所有处理。

 

大多数Android显示器运行在60帧/秒左右（或在显示行业60Hz）。为了有一个平滑的动画，你必须实际上能够处理每秒60帧 - 这意味着你有16毫秒来处理每一帧。如果你花费的时间超过16ms，动画会停顿卡制，我们瞄准的如黄油般光滑顺畅的感觉就溜走了。

 

16毫秒不是很多时间，所以你会想充分利用它。在Android Ice Scream sandwich中，下一帧的处理在无论何时系统都是很拖沓的找时间段去处理。在Jelly Bean中，在VSync脉冲开始时，最后一帧完成后，下一帧的整个过程就会开始。换句话说，他们使用尽可能多个16ms。这里有一个例子：错误！

 

这是没有运行VSync的样子。在这些幻灯片图片，那些数字都是frame。首先，帧由CPU和GPU处理，并且当它完成时，它在下一个VSync的开始处被交给显示器去显示。

 

因此，在该图片中，frame 0，并且在16ms的显示时间期间，CPU和GPU准备下一帧。计算在时间上完成，并且在下一个VSync脉冲，它们移交下一帧“frame 1”。

 

我们现在显示的是frame 1，并且这是要开始frame 2工作的时间了。虽然，任何Process会使系统减速，但是下一帧的处理直到我们进入我们的16ms时间限制是不会开始的。系统现在只有大约4ms来计算frame 2，因此frame 2的处理没有及时完成。没有frame 2，显示器被迫再次显示frame 1，这就是另一个16ms了。Android团队称之为“Jank”，它基本上意味着在这段时间内发生的任何动画都不会流畅; 用户将看到迟滞。

 

这是在Jelly Bean上处理刷新的新方式。下一帧的所有处理都从VSync脉冲开始，这充分利用了16ms的渲染时间。

 

frame处理已经从“yeah wheneverwe get around to it，”到一个高度组织的有计划的方式了。这类似汽车修理工和NASCAR坑工人之间的区别。在这个例子中，所有的处理发生在16毫秒的时间限制内，所有的frame都按时转交，你得到一个平稳，灿烂的使用体验。

三重缓存从滚雪球效应防止Jank

VSync不是唯一让动画平滑的因素，Android也能够从延缓绘制中很顺畅地恢复。

 

那么，什么是“缓冲区”呢？简单来说，缓冲区是构建和存储帧的容器。我们一直指的是帧数，但是这些帧位于两个缓冲区之一。Android是一种漂亮的典型的双缓冲的设置，意味着一个缓存区显示1帧，而在另一个缓存区进行下一帧的处理。在该图中，缓冲器标记为“A”和“B”。当显示缓冲区A时，系统开始在缓冲区B中建立一个新帧。当准备好时，它们交换缓冲区。B被显示，并且A中的帧被清除并且处理新的帧。

 

 

 

双缓冲区设置也有问题，当画frame的开销超过16ms，缓冲区B上的处理会被终止，这意味着发生了一个（Jank！）。真正的问题在上图CPU和GPU的白色区域，这是浪费时间。在第一帧中，缓冲区B运行，因此缓冲区正在使用中，直到它被显示出来，缓冲区A也在使用，因为它正在连续显示2个帧，因此只能在VSync脉冲中切换帧。CPU和GPU没有可用的缓冲区就只能停止。这停滞拖慢了系统。这是Android Ice Cream sandwich的工作原理。

 

在Jelly Bean中，我们有一个解决方案，引入第三个缓存区！跟之前情况一样，缓存区B的处理需要更长时间，并且A正在使用中显示当前帧。这一次，不是在重复缓存期间浪费处理时间，而是系统创建C缓冲区，并且在下一帧上工作。三级缓存防止了停止了拖滞，并且在初始跳过之后，用户可以看到更平滑的动画。

 

那么为什么他们不是一直使用三重缓存呢？从图中可以看出，三重缓存在处理过程中有一点输入滞后。例如，在缓存区C（蓝色/绿色部分）的呈现和它的显示C之间的距离。所以，当处理出问题，你就会看到2个结果：输入滞后（你的触摸花更长的时间有效果）或动荡的动画。

 

为了解决这个问题，Jelly Bean不会一直进行三重缓存。一般用双缓冲区的方式，但第三个缓存区有需要就会出现。这样输入滞后的现象会更少，一旦出问题，第三级缓冲区也可以迅速恢复处理进度。

结果

https://youtu.be/V5E5revikUU

艰苦工作的结果是平滑的动画。团队对他们的新动画能力印象深刻，他们引进了许多过渡动画，现在给你展示细节。我们用超级慢动作对比ICS vs Jelly Bean，

新动画

每个视频Ice Scream（上）Jelly Bean（下）

https://youtu.be/i07HwKt0VUQ

https://youtu.be/-RL8wShbTs8

打开动画效果

https://youtu.be/hHtD8ulAQhQ

https://youtu.be/WDKiOMY93IE

卸载时的过渡效果

https://youtu.be/-pF-zcVQWu0

https://youtu.be/AOGJfwl7vcw

转换时的过渡效果

https://youtu.be/PJtW8uZNu1w

https://youtu.be/njHbEORvWIA

Recent中的动画

https://youtu.be/HMvfUWCMzxs

JellyBean相机动画