Android系统下2D绘图性能提升的一些方法
作者 Zhenpu.Zhang
笔者近期开发了一款绘图类应用，其中在绘图性能提升效率方面遇到一些问题，经过咨询高手和查找前人经验，积攒了一些小小的经验，特地写下，希望能给同样有需要的程序猿一些启发。
下面进入正题，首先介绍一些基本概念；
Android绘画需要的一些基本元素
1.Canvas和Bitmap
其实在自定义的View中，我们就已经使用到了Canvas，在重写的onDraw(Canvas canvas)方法中就有一个Canvas对象，它负责对当前的View进行绘制。当然在绘画方面，它拥有更多的方法，去帮助我们去画线、路径、矩形、图片等。Bitmap类中存储了屏幕上具体的像素值，所以我们常用它来存储绘画的数据，Bitmap又可以写入到.png，.jpg这样图片文件中。Bitmap还可以用来构造Canvas对象。
Bitmap的常用法：
Bitmap mBitmap = Bitmap.createBitmap(getWidth(),getHeight(), Bitmap.Config.ARGB_8888);//构造方法
mBitmap.recycle();//解除本地对象对该Bitmap对象的引用，清除对像素数据的引用。
Canvas的构造方法：
CanvasmCanvas = new Canvas();
CanvasmTempCanvas = new Canvas(mBitmap);//用Bitmap对象构造Canvas对象
Canvas常用的绘画方法：
drawColor(intcolor);//绘制canvas的背景颜色
drawPath(Pathpath,Paint paint);//绘制路径
drawLine(floatstartX, float startY, float stopX, float stopY, Paint paint);//绘制直线
drawCircle(floatcx, float cy, float radius, Paint paint);//绘制圆形
drawArc(floatleft, float top, float right, float bottom, float startAngle, float sweepAngle,Boolean userCenter, Paint paint)//绘制圆弧
drawOval(floatleft, float top, float right, float bottom, Paint paint);//绘制椭圆
drawRect(RectFrect,Paint paint);//绘制矩形
drawBitmap(Bitmapbitmap, float left, float right, Paint paint);//绘制图片或者加载图片
drawText(String text, float x, float y, Paintpaint);//渲染文字
2.Path
Path即路径，我们可以用它来记录用户在屏幕上移动的轨迹，它具有比较流畅的线性，不仅包括直线还有二次和三次曲线，能够较好好地处理拐角。我们在构造了一个path后，给它起点，然后用它的画线方法lineTo(float x, float y)，就可以利用给定的坐标点，更新当前的path。然后利用上面的drawPath()方法就可以把它画到canvas上面。
Path 的常用方法：
Path mPath = new Path();//构造一个Path对象
mPath.moveTo(float x, float y);//设置Path的起点
mPath.lineTo(float x, float y);//把(x, y)作为终点加入Path，更新Path
PathMeasure pathMeasure = newPathMeasure(mPath, false);
pathMeasure.getLength();//获取当前Path的长度
3.Paint
在前面Canvas的绘画方法中，我们可以看到Paint对象也是必不可少的，原因是我们在绘画时需要指定画笔的相关属性，如颜色，线宽，荧光效果，擦除效果等。有了不同属性的画笔，我们才能画出更丰富的画面。
Paint 常用的方法：
setColor(int color);//设置画笔颜色
setStrokeWidth(int width);//设置线宽
setAntiAlias(boolean bool);//设置抗锯齿
setARGB(int a, int r, int g, int b);//设置透明度，颜色
setXfermode(null);//普通画笔
setXfermode(newPorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.CLEAR));//擦除模式
setMaskFilter(BlurMaskFilter mBlurMaskFilter);//边缘模糊
有了上面的这些元素，那么我们就可以在一个View上面滑动手指，然后用Path变量去保存手指移动的轨迹并根据touchEvent的坐标点去更新Path，用一个Paint对象设置画笔的属性，再用一个Bitmap构造一个Canvas对象，把Path实时地画到Canvas上面，最后把Bitmap保存成图片，这样就实现了基本的绘画功能。但是考虑到硬件设备的各种限制，我们还需要设法去提高性能。
提高绘画效率的方法
1.控制Path的长度
Path的长度对绘画时间影响是比较大的，这个我们可以通过观察不同长度的Path调用drawPath()画到Canvas上的执行时间来验证，那为什么不把原来很长的Path进行截断呢？如果每次都画很短的一小段Path，那么就很高效了。做法很简单，就是每次在Path加入新的坐标点后，就判断一下它的长度，前面的PathMeasure类提供了测量Path长度的方法，如果Path长度大于一定的值（如100），就让Path的起点重新设置为该点，继续更新和绘制。经过这么一改，那么就算绘制了很长的线条，那么它的绘制速度始终如初。
2.利用临时的Canvas和Bitmap
然而上述方法只能处理一笔的绘制慢的问题，当我们绘制了几百笔甚至几千笔，那么问题又来了，因为每次都是从第一笔画到最后一笔，这样绘画的负担就很重，这时还可以引入临时的Bitmap和Canvas，把最近正在画得这些笔画绘制到临时的tempCanvas上面，把以前绘制的笔画画到结果resultCanvas上面，最后把tempBitmap画到结果resultCanvas上面。需要注意的是tempCanvas需要进行清除（绘制Path之前先进行一次clear，具体做法是tempCanvas.drawColor(0, PorterDuff.Mode.CLEAR)），那么这里为什么要进行清除操作呢，是为了避免每笔的多次重叠，例如当画笔是带有边缘模糊效果的时候，多次重叠绘制会导致模糊效果消失。这样既能实时更新画面，又减少了绘制的任务量，从而减少了总体的绘制时间。
3.控制刷新频率和局部刷新
当我们给画布所在的View中注册了onTouchEvent()，然后在其中直接调用invalidate()函数来刷新当前的视图，发现刷新频率是每秒50~60次，所以每次绘制的时间需要控制在16ms以内，采用上述方法单指绘画时每次刷新需要5ms左右，但是对于多个手指进行绘制时就会响应较慢，因为每次需要绘制的Path增多了，绘制的时间也就变长了。考虑到不同分辨率的屏幕，不同的CPU和GPU，在刷新时需要的时间也不相同，所以需要限制一下刷新的频率。例如我们在30ms才调用一次invalidate()，那么每次刷新拥有了更多的时间，这样对于多指的操作响应效果更好一些。此外，invalidate函数还有一个带参数的形式，就是invalidate(Rect r)，即只刷新指定矩形框r内的数据，如果设备支持，那么该方法对减少刷新时间也是有很大帮助的。
4.异步刷新SurfaceView
SurfaceView可以在一定的时间内创建一个线程去刷新View，多个线程去刷新那么不同线程刷新结束的时间也不同，也可以展现流畅的画面，常用于游戏动画的绘制。它有一个SurfaceHolder来保存当前的view，由于默认的XML文件在解析的时候会调用View的View(Conext context,AttributeSet arrts)构造函数，所以在定义SurfaceView时要有该方法。在进行绘制时，先调用Canvas canvas = holder.lockCanvas()方法来获取并锁定Canvas，然后调用holder.unlockCanvasAndPost(canvas)将内容展示出来。