UI卡顿分析之内存抖动和计算性能优化

渲染机制以及优化

一、了解渲染刷新机制
VSYNC(垂直刷新/绘制)

60HZ是屏幕刷新理想的频率。60fps---一秒内绘制的帧数。
24帧/秒 电源胶卷时代

在60fps内，系统会得到发送的VSYNC(垂直刷新)信号qu去进行渲染，就会正常地绘制。
60fps要求：每一帧只能停留16ms.

为什么用户会感觉到卡顿

首先，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，这样才能达到每秒60帧，然而这个每秒帧数的参数由手机硬件所决定，现在大多数手机屏幕刷新率是60赫兹（赫兹是国际单位制中频率的单位，它是每秒中的周期性变动重复次数的计量），也就是说我们有16ms（1000ms/60次=16.66ms）的时间去完成每帧的绘制逻辑操作，如果错过了，比如说我们花费34ms才完成计算，那么就会出现我们称之为丢帧的情况，安卓系统尝试在屏幕上绘制新的一帧，但是这一帧还没准备好，所以画面就不会刷新。如果用户盯着同一张图看了32ms而不是16ms，用户会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，如果出现多次掉帧，用户就会开始抱怨卡顿

VSYNC：有两个概念

1）Refresh Rate：屏幕在一秒时间内刷新屏幕的次数----有硬件的参数决定，比如60HZ.
2）Frame Rate：GPU在一秒内绘制操作的帧数，比如：60fps。

GPU刷新：GPU帮助我们将UI组件等计算成纹理Texture和三维图形Polygons
同时会使用OpenGL---会将纹理和Polygons缓存在GPU内存里面。
View Tree。

卡顿是如何造成的

卡主线程了！（卡UI线程）
1.外部引起的
比如：Activity里面直接进行网络访问/大文件的IO操作
内存这一块有些什么要注意的。

1）内存抖动的问题，不断地创建和回收对象。
    new Object
    obj = null 
     解决方法：1.减少对象的创建，如：字符串拼接优先使用是StringBuff或者StringBuilde
              2.使用profiler的memory模块查看程序是否有大量的垃圾回收情况
2)  一个方法太复杂，执行太耗时了。
     解决方法：1.使用批处理和缓存技术
              2.减少递归调用方法，用循环替代递归，kotlin使用尾递归进行优化
              3.使用异步执行耗时算法
              4.使用合适的容器和数据结构及算法

2.View本身的卡顿
自定义View要注意的，能否优化、
Android系统的渲染管线分为两个关键组件：CPU和GPU，它们共同工作，在屏幕上绘制图片

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。

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想要开发一款性能优越的应用，我们必须了解底层是如何运行的。有一个主要问题就是，Activity是如何绘制到屏幕上的？那些复杂的XML布局文件和标记语言，是如何转化成用户能看懂的图像的？
实际上，这是由格栅化操作来完成的，格栅化就是将例如字符串、按钮、路径或者形状的一些高级对象，拆分到不同的像素上在屏幕上进行显示， 格栅化是一个非常费时的操作。 GPU的目的就是加快格栅化的操作，GPU在上个世纪90年代被引入用来帮助加快格栅化操作

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GPU使用一些指定的基础指令集，主要是多边形和纹理，也就是图片，CPU在屏幕上绘制图像前会向GPU输入这些指令，这一过程通常使用的API就是Android的OpenGL ES，这就是说，在屏幕上绘制UI对象时无论是按钮、路径或者复选框，都需要在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

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我们要知道，一个UI对象转换为一系列多边形和纹理的过程肯定相当耗时，从CPU上传处理数据到GPU同样也很耗时。所以很明显，我们需要尽量减少对象转换的次数，以及上传数据的次数，幸亏，OpenGL ES API允许数据上传到GPU后可以对数据进行保存，当我们下次绘制一个按钮时，只需要在GPU存储器里引用它，然后告诉OpenGL如何绘制就可以了，一条经验之谈：渲染性能的优化就是尽可能地上传数据到GPU，然后尽可能长地在不修改的情况下保存数据，因为每次上传资源到GPU时，我们都会浪费宝贵的处理时间，Android系统的Honeycomb版本发布之后，整个UI渲染系统就在GPU中运行，之后各个版本都在渲染系统性能方面有更多改进。
Android系统在降低、重新利用GPU资源方面做了很多工作，这方面完全不用担心，举例说，任何我们的主题所提供的资源，例如Bitmaps、Drawables等都是一起打包到统一的纹理当中，然后使用网格工具上传到GPU，例如Nine Patches等，这样每次我需要绘制这些资源时，我们就不用做任何转换，他们已经存储在GPU中了，大大加快了这些视图类型的显示。然而随着UI对象的不断升级，渲染流程也变得越来越复杂，例如说绘制图像，就是把图片上传到CPU存储器，然后传递到GPU中进行渲染。路径使用时完全另外一码事，我们需要在CPU中创建一系列的多边形，甚至在GPU中创建掩蔽纹理来定义路径。绘制字符就更加复杂一些，首先我们需要在CPU中把字符绘制制成图像，然后把图像上传到GPU进行渲染再返回到CPU，在屏幕上为字符串的每个字符绘制一个正方形。

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现在Android系统已经解决了大多数性能问题，除非我们还有更高要求，我们基本不会发现与GPU相关的问题，然后还有一个GPU性能问题瓶颈，这个问题困扰着每个程序员，这就是过度绘制。

过度绘制

如果我们曾经粉刷过房子，我们应该知道，给墙壁粉刷工作量非常大，如果我们需要重新粉刷，第一次的粉刷就白干了。同样的道理，我们的应用程序会因为过度绘制，从而导致性能问题，如果我们想兼顾高性能和完美的设计，往往会碰到一种性能问题，即过度绘制。过度绘制是一个术语，指的是屏幕上的某个像素点在同一帧的时间内被绘制了多次。假如我们有一堆重叠的UI卡片，最接近用户的卡片在最上面，其余卡片都藏在下面，也就是说我们花大力气绘制的那些下面的卡片基本都是不可见的。

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问题就在于此，因为每次像素经过渲染后，并不是用户最后看到的部分，这就是在浪费GPU的时间。目前流行的一些布局是一把双刃剑，带给我们漂亮视觉感受的同时，也造成过度绘制的问题，为了最大限度地提高应用程序的性能，我们必须尽量减少过度绘制。幸运的是，Android手机提供了查看过度绘制情况的工具，在开发者选项中打开“Show GPU overdraw”

选项，手机屏幕显示会出现一些异常不用过于惊慌，Android在屏幕上使用不同颜色，标记过度绘制的区域，如果某个像素点只渲染了一次，我们看到的是它原来的颜色，随着过度绘制的增多，标记颜色也会逐渐加深，例如1倍过度绘制会被标记为蓝色，2倍、3倍、4倍过度绘制遵循同样的模式。所以当我们调试应用程序的用户界面时，目标就是尽可能的减少过度绘制，将红色区块转变成蓝色区块，为了完成目标有两种清楚过度绘制的方法，首先要从视图中清楚那些，不必要的背景和图片，他们不会在最终渲染图像中显示，记住，这些都会影响性能。其次，对视图中重叠的屏幕区域进行定义，从而降低CPU和GPU的消耗，接下来我们深入了解过度绘制

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常见的过度绘制：

1.清除不必要的背景和图片，主题背景，跟布局背景......
2.图片没加载的时候设置背景图片，加载出来之后背景颜色设置为透明
3.重叠的view只绘制可以看见的部分

布局优化

是时候来了解一下渲染管道中的CPU部分，为了在屏幕上绘制某个东西，Android通常将高级XML文件转换为GPU能够识别的对象，然后显示在屏幕上，这个操作是在DisplayList的帮助下完成的，DisplayList持有所有要交给GPU绘制到屏幕上的数据信息，包含GPU要绘制的全部对象的信息列表，还有执行绘制操作的OpenGL命令列表，在某个View第一次需要被渲染时，DisplayList会因此被创建，当这个View要显示到屏幕上时，我们将绘制指令提交给GPU来执行DisplayList，我们下次渲染这个View时，比如说位置发生了变化，我们仅仅需要执行DisplayList就够了，但是如果我们修改了View的某些可见组件的内容，那么之前的DisplayList就无法继续使用了，这时我们要重新创建一个DisplayList，重新执行渲染指令并更新到屏幕上，请注意，任何时候View的绘制内容发生变化，都需要重新创建DisplayList并重新执行指令更新到屏幕，这个流程的表现性能，取决于我们的View的复杂程度，取决于视觉变化的类型，同时对渲染管道也会产生一些影响。举例说，假如某个文本框尺寸突然变成当前的两倍，在改变尺寸前，需要通过父View重新计算，并摆放其他子View的位置，在这种情况下我们改变了某个View，后面就会有很多工作要做，这些类型的视觉变化需要渲染管道的额外工作，当我们的View的尺寸变化时，触发了测量操作，会经过整个View Hierarchy，询问各个View的新尺寸，我们一旦改变了View的大小就会触发上述过程，无论是填充或者图片尺寸、设置文本大小、宽度、高度等等，如果我们是改变对象位置或者询问布局，或者某个View重新摆放子View都会触发布局操作，会触发整个Hierarchy重新计算对象在屏幕上的新位置，现在Android运行系统已经非常善于处理记录并执行渲染管道，除非我们要处理自定义View或者同时需要绘制太多View，其他情况下一般不会耗费太多时间，测量和布局操作性能也很好，但是当我们的View Hierarchy失控时也更容易出现问题，执行这些功能的时间是和我们的View Hierarchy中需要处理的节点数成正比的，系统需要处理的View越多处理时间就越长。某些View可能比其他View要耗费更多时间，造成这种浪费的首要原因是，View Hierarchy中包含太多的无用View，这些View根本不会显示在屏幕上，一旦触发测量操作和布局操作只会拖累应用程序的性能表现，幸好有一款叫做Hierarchy Viewer工具，它可以帮助我们查找并修复这些流氓View，我们来看看。
方案：用Layout Inspector查看布局深度