Android性能优化之UI篇

概要

1. 我们开发中的布局文件如何显示到屏幕上的？
2. 为什么是60FPS？
3. 卡顿是怎么产生的？

一、Pipeline流程：

当更新可视化物品的时候，
android在设备上绘制图案前 需将xml转化成GPU可执行的文件 然后进行屏幕渲染。这要借助一个内部对象，它叫做显示列表（Display List），显示列表基本上包含了所有用于GPU渲染的信息。我们通过提交绘图命令至GPU来执行显示列表。

如果将来还想再次渲染这个视图，比如变换button在屏幕中的位置，我们只需再次执行显示列表；
但是，在将来视图的某些部分发生改变，之前的显示列表可能不在有效，因此我们需要重新生成显示列表，并再次执行，从而在屏幕上更新。

但是请记住：每次视图的绘制内容更改时，它都会重复显示列表的生成过程，并且在屏幕上再次执行，它的性能各不相同，要根据视图的具体复杂度来定。根据视图的可视性变化，对渲染途径也会产生影响。

例如，一个文字框突然增大了一倍，导致父容器必须在更新自己的大小前重新摆放兄弟视图。在这种情况下，我们更新了一个视图，它将其它需要改动的工作进行了串联。这些类型的可视化更改要求出现渲染途径的额外阶段。当你的视图的大小更改时，measure阶段会开始，它会浏览你视图的层级，要求每一个视图提供新的大小。如果你改变了物体的位置，要进行layout。或者如果一个viewgroup重置了它的子View，layout阶段也会启动，并穿过层级，计算出每个图形应该被放置在何处。

这些阶段都是需要时间来允许的，独立运行时问题不大，但当大量视图变无效或更改时就会造成巨大的性能损耗。也就是说：要想提升渲染系统的整体性能，布局失效最小化是一个不错的开端。

CPU:

Measure –> Layout –> Record –> Execute

GPU:

Rasterization

在CPU方面，最常见的性能问题来自于不必要的或失效的布局，这是视图层次结构的一部分，必须进行测量，拆除和重建。 这通常源自两方面。 1.显示列表在你的帧时间内重建得太多了；2.花费了太多的时间用于视图层次结构中不必要的或失效的部分。

在GPU方面，最常见的问题是过度绘制。 重复绘制像素会浪费GPU。

二、Android VSYNC

显卡的生成图像的频率与显示器的刷新频率是相互独立的。因此，就涉及到了一个配合的问题。最理想的情况是两者之间的频率是相同且协同进行工作的，在这样的理想条件下，达到了最优解。但实际中显卡的生成图像的频率是变化的，如果没有有效的技术手段进行保证，两者之间很容易出现这样的情况：当GPU还在渲染下一帧图像时，显示器却已经开始进行绘制，这样就会导致屏幕撕裂（Tear）。这会使得屏幕的一部分显示的是前一帧的内容，而另一部分却在显示下一帧的内容。

屏幕撕裂（Tear）的问题，早在 PC 游戏时代就被发现， 并不停的在尝试进行解决。 其中最知名可能也是最古老的解决方案就是 V-Sync 技术。

V-Sync 的原理简单而直观：产生屏幕撕裂的原因是显卡在屏幕刷新时进行了渲染，而 V-Sync 通过同步渲染/刷新时间的方式来解决这个问题。显示器的刷新频率为 60 Hz，若此时开启 V-Sync，将控制显卡渲染速度在 60 Hz 以内以匹配显示器刷新频率。这也意味着，在 V-Sync 的限制下，显卡显示性能的极限就限制为 60 Hz 以内。(VSYNC信号来自显示模块)

Test UI performance

• Rendering Performance 101
• Why 60fps?
• Android, UI, and the GPU
• Invalidations, Layouts, and Performance
• Analyzing UI Performance with Systrace

后续了解android Double Buffer和Triple Buffer机制

三、如何优化

3.1 针对CPU工作过程进行优化

1）删除多余的嵌套布局

2）使用 merge/include

3）使用性能更好的布局Understanding the performance benefits of ConstraintLayout)

3.2 针对GPU工作过程进行优化

减少过度绘制

1）在布局中删除不需要的背景。

2）减少视图层次结构。

3）降低透明度。

实例：

• getWindow().setBackgroundDrawable(null);
• android:background:”@null” // xml
• Canvas.clipRect();该方法用于裁剪画布，也就是设置画布的显示区域，调用clipRect()方法后，只会显示被裁剪的区域，之外的区域将不会显示
• Canvas.quickReject();可以用来测试指定区域是否在裁剪范围之外，如果要绘制的元素位于裁剪范围之外，就可以直接跳过绘制步骤。
• Be flat
• Avoid unnecessary layouts

四、优化常用工具

1. Systrace
2. Profile GPU rendering
3. Lint
4. Layout Inspector、Hierarchy Viewer

参考:

how the rendering pipeline works

Android Application Performance — Step 1: Rendering