Android 硬件加速使用总结

从Android3.0(API Level 11)开始,支持硬件加速,可充分利用GPU的特性,使得界面渲染更加平滑,但是会消耗更多内存RAM。硬件加速自身并非完美,在某些Android5的rom上,由于内存RAM分配的问题,如果代码不当,会引发闪屏、花屏等渲染问题。

硬件加速的主要原理,就是通过底层软件代码,将CPU不擅长的图形计算转换成GPU专用指令,由GPU完成。

1.Android3.0(API level 11)开始,2D渲染管道支持硬件加速,也就是说绘制操作可以使用GPU绘制在View的canvas上。使用硬件加速需要更多的资源,所以app会消耗更多内存。

2.硬件加速在Target API >= 14时是默认开启的。

3.硬件加速还不支持所有的2D绘图命令,开启后可能会影响自定义View和绘图操作。异常通常是不可见元素、运行异常、或者错误的像素点。

4.如果只使用系统的View和Drawable,则没有任何副作用。

5.如果app里有自定义的绘图操作,需要在开启硬件加速的设备上测试来发现问题。

6.可以在4个级别上控制硬件加速

①应用:(AndroidManifest.xml)

    

②Activity:(AndroidManifest.xml)

        

③Window:

     getWindow().setFlags(
                WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED,
                WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);

④View:

 view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

在这四个层次中,应用和Activity是可以选择的,Window只能打开,View只能关闭。

7.有两种方式来检测应用是否在使用硬件加速:

        view.isHardwareAccelerated();// returns true if the View is attached to a hardware accelerated window.
        canvas.isHardwareAccelerated();// returns true if the Canvas is hardware accelerated

推荐使用Canvas.isHardwareAccelerated()来检测,因为View关联到一个硬件加速的window上,仍然可以使用非硬件加速的canvas绘制。

9.View layers 
所有的Android版本View都可以在非屏幕内存(off-screen buffers)上渲染,使用view的drawing cache或者Canvas.saveLayer().非屏幕内存或者layers有许多用处,在对复杂对View做动画或者做一些叠加复合效果时可以得到更好的性能。 
在Android3.0之后可以使用View.setLayerType()来控制如何使用layers。

  • LAYER_TYPE_NONE 默认行为,正常渲染,不会在off-screen buffer上备份
  • LAYER_TYPE_HARDWARE 如果应用开启了硬件加速view渲染在硬件上,否则与LAYER_TYPE_SOFTWARE行为一样
  • LAYER_TYPE_SOFTWARE 用软件渲染在一个bitmap上

使用硬件加速有更高的效率,如果产生兼容性问题,可以用setLayerType改变渲染方式。

10.使用硬件加速在对一些view的属性改变上有更高的效率,因为不需要view的invalidate和redrawn。属性如下

  • alpha
  • x, y, translationX, translationY
  • scaleX, scaleY
  • rotation, rotationX, rotationY
  • pivotX, pivotY

对这些熟悉改变时最好使用硬件加速

        view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);
        ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotationY", 180).start(); 

或者

        view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);
        ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotationY", 180);
        animator.addListener(new AnimatorListenerAdapter() {
            @Override
            public void onAnimationEnd(Animator animation) {
                view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null);
            }
        });
        animator.start();

GPU和CPU:

CPU(Central Processing Unit,中央处理器)是计算机设备核心器件,用于执行程序代码,软件开发者对此都很熟悉;GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)主要用于处理图形运算,通常所说“显卡”的核心部件就是GPU。

下面是CPU和GPU的结构对比图。其中:

  • 黄色的Control为控制器,用于协调控制整个CPU的运行,包括取出指令、控制其他模块的运行等;
  • 绿色的ALU(Arithmetic Logic Unit)是算术逻辑单元,用于进行数学、逻辑运算;
  • 橙色的Cache和DRAM分别为缓存和RAM,用于存储信息。

Android 硬件加速使用总结_第1张图片

  • 从结构图可以看出,CPU的控制器较为复杂,而ALU数量较少。因此CPU擅长各种复杂的逻辑运算,但不擅长数学尤其是浮点运算。

    • 以8086为例,一百多条汇编指令大部分都是逻辑指令,数学计算相关的主要是16位加减乘除和移位运算。一次整型和逻辑运算一般需要1~3个机器周期,而浮点运算要转换成整数计算,一次运算可能消耗上百个机器周期。

    • 更简单的CPU甚至只有加法指令,减法用补码加法实现,乘法用累加实现,除法用减法循环实现。

    • 现代CPU一般都带有硬件浮点运算器(FPU),但主要适用于数据量不大的情况。

  • CPU是串行结构。以计算100个数字为例,对于CPU的一个核,每次只能计算两个数的和,结果逐步累加。

  • 和CPU不同的是,GPU就是为实现大量数学运算设计的。从结构图中可以看到,GPU的控制器比较简单,但包含了大量ALU。GPU中的ALU使用了并行设计,且具有较多浮点运算单元。

  • 硬件加速的主要原理,就是通过底层软件代码,将CPU不擅长的图形计算转换成GPU专用指令,由GPU完成。

扩展:很多计算机中的GPU有自己独立的显存;没有独立显存则使用共享内存的形式,从内存中划分一块区域作为显存。显存可以保存GPU指令等信息。


硬件加速的优点:

硬件加速对渲染的流畅度有大幅提升。
在开启硬件加速后,上下拖动列表的感觉是没有跳帧的平滑拖动感,如果没有硬件加速,拖动时能感受到有丢帧。
在窗体切换动画上也类似,硬件加速开关对切换动画的影响很大。

对于video、canvas、webgl,没有硬件加速是没法商用的,Android webview里video标签里的视频如果没有硬件加速会看不到画面。

硬件加速的代价

硬件加速属于双缓冲机制,使用显存进行页面渲染(使用较少的物理内存),导致更频繁的显存操作,可能引起以下现象:
白屏、花屏、闪屏;
低RAM内存配置手机上闪退。
虽然新出的Android5.0的手机整体配置较高(显存较大),但是如果页面中使用大量图片或者过于复杂的CSS样式时同样容易出现白屏、花屏、闪屏现象。

解决硬件加速造成的问题有2个思路,1.降低页面的内存占用,给硬件加速腾出RAM;2.在适当的地方关闭硬件加速。



参考文章:

Android硬件加速原理与实现简介

《关于Android硬件加速技术分析》


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