深入Android渲染机制

1、知识储备

CPU:中央处理器,它集成了运算,缓冲,控制等单元,包括绘图功能。CPU将对象处理为多维图形、纹理(Bitmaps、Drawables等都是一起打包到统一的纹理)。

GPU:一个类似于CPU的专门用来处理Graphics的处理器,作用用来帮助加快格栅化操作,当然,也有相应的缓存数据(例如缓存已经光栅化过的bitmap等)机制。

OpenGL ES是手持嵌入式设备的3DAPI,跨平台的、功能完善的2D和3D图形应用程序接口API,有一套固定渲染管线流程。附相关OpenGL渲染流程资料

DisplayList 在Android把XML布局文件转换成GPU能够识别并绘制的对象。这个操作是在DisplayList的帮助下完成的。DisplayList持有所有将要交给GPU绘制到屏幕上的数据信息。

格栅化是将图片等矢量资源转化为一格格像素点的像素图显示到屏幕上,过程图如下.

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垂直同步VSYNC:让显卡的运算和显示器刷新率一致以稳定输出的画面质量。它告知GPU在载入新帧之前,要等待屏幕绘制完成前一帧。

下面的三张图分别是GPU和硬件同步所发生的情况,Refresh Rate:屏幕一秒内刷新屏幕的次数,由硬件决定,例如60Hz。而Frame Rate:GPU一秒绘制操作的帧数,单位是30fps,正常情况过程图如下。

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2、渲染机制分析

渲染流程线

UI对象---->CPU处理为多维图形,纹理 -----通过OpeGL ES接口调用GPU----> GPU对图进行光栅化(Frame Rate ) ---->硬件时钟(Refresh Rate)----垂直同步---->投射到屏幕

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渲染时间线

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号(1000ms/60=16.66ms),触发对UI进行渲染, 如果每次渲染都成功,这样就能够达到流畅的画面所需要的60fps,为了能够实现60fps,这意味着计算渲染的大多数操作都必须在16ms内完成。

正常情况

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渲染超时,计算渲染时间超过16ms

当这一帧画面渲染时间超过16ms的时候,垂直同步机制会让显示器硬件等待GPU完成栅格化渲染操作,这样会让这一帧画面,多停留了16ms,甚至更多。这样就这造成了用户看起来画面停顿。

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当GPU渲染速度过慢,就会导致如下情况,某些帧显示的画面内容就会与上一帧的画面相同
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3、渲染时会出现的问题

GPU过度绘制

GPU的绘制过程就跟刷墙一样,一层层的进行,16ms刷一次。这样就会造成图层覆盖的现象,即无用的图层还被绘制在底层,造成不必要的浪费。

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过度绘制查看工具

在手机端的开发者选项里,有OverDraw监测工具,调试GPU过度绘制工具,其中颜色代表渲染的图层情况,分别代表1层,2层,3层,4层覆盖。

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我的魅族手机的Monitor GPU Rendering
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计算渲染的耗时

任何时候View中的绘制内容发生变化时,都会重新执行创建DisplayList,渲染DisplayList,更新到屏幕上等一 系列操作。这个流程的表现性能取决于你的View的复杂程度,View的状态变化以及渲染管道的执行性能。

举个例子,当View的大小发生改变,DisplayList就会重新创建,然后再渲染,而当View发生位移,则DisplayList不会重新创建,而是执行重新渲染的操作。

当你的View过于复杂,操作又过于复杂,就会计算渲染时间超过16ms,产生卡顿问题。

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渲染耗时呈现工具

工具中,不同手机呈现方式可能会有差别.分别关于StatusBar,NavBar,激活的程序Activity区域的GPU Rending信息。激活的程序Activity区域的GPU Rending信息。

界面上会滚动显示垂直的柱状图来表示每帧画面所需要渲染的时间,柱状图越高表示花费的渲染时间越长。

中间有一根绿色的横线,代表16ms,我们需要确保每一帧花费的总时间都低于这条横线,这样才能够避免出现卡顿的问题。

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每一条柱状线都包含三部分,
蓝色代表测量绘制Display List的时间,
红色代表OpenGL渲染Display List所需要的时间,
黄色代表CPU等待GPU处理的时间。
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4、如何优化

有人会说这些小地方,不值得优化.但是当你用的是低配机器,内存到饱和,CPU运算到达饱和,就像一个界面要做很多交互,绘制,加载图片,请求网络.后,一个小问题就会导致页面卡顿(就像我手机的淘宝客户端...),OOM,项目崩溃.

是的,这就是力量~

Android系统已经对它优化

在Android里面那些由主题所提供的资源,例如Bitmaps,Drawables都是一起打包到统一的Texture纹理当中,然后再传递到 GPU里面,这意味着每次你需要使用这些资源的时候,都是直接从纹理里面进行获取渲染的。

我们要做的优化

扁平化处理,防止过度绘制OverDraw

**1. 每一个layout的最外层父容器 是否需要? **

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**2. 布局层级优化 **

进行检测时,可能会让多种检测工具冲突,用Android Device Monitor的时候,最好关闭相关手机上的开发者检测工具开关。
查看自己的布局,深的层级,是否可以做优化。
渲染比较耗时(颜色就能看出来),想办法能否减少层级以及优化每一个View的渲染时间。

Hierarchy Viewer工具

他是查看耗时情况,和布局树的深度的工具。

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**3. 图片选择**

Android的界面能用png最好是用png了,因为32位的png颜色过渡平滑且支持透明。jpg是像素化压缩过的图片,质量已经下降了,再拿来做9path的按钮和平铺拉伸的控件必然惨不忍睹,要尽量避免。

对于颜色繁杂的,照片墙纸之类的图片(应用的启动画面喜欢搞这种),那用jpg是最好不过了,这种图片压缩前压缩后肉眼分辨几乎不计,如果保存成png体积将是jpg的几倍甚至几十倍,严重浪费体积。

**4. 清理不必要的背景**

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**5. 当背景无法避免,尽量用Color.TRANSPARENT**

因为透明色Color.TRANSPARENT是不会被渲染的,他是透明的。

//优化前
//优化前: 当图片不为空,ImageView加载图片,然后统一设置背景
Bean bean=list.get(i);
 if (bean.img == 0) {
            Picasso.with(getContext()).load(bean.img).into(holder.imageView);
        }
        chat_author_avatar.setBackgroundColor(bean.backPic);
//优化后
//优化后:当图片不为空,ImageView加载图片,并设置背景为TRANSPARENT;
//当图片为空,ImageView加载TRANSPARENT,然后设置背景为无照片背景
Bean bean=list.get(i);
 if (bean.img == 0) {
            Picasso.with(getContext()).load(android.R.color.transparent).into(holder.imageView);
            holder.imageView.setBackgroundColor(bean.backPic);
        } else {
            Picasso.with(getContext()).load(bean.img).into(holder.imageView);
            holder.imageView.setBackgroundColor(Color.TRANSPARENT);
        }

-------------对比结果--------------------

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**6. 优化自定义View的计算**

View中的方法OnMeasure,OnLayout,OnDraw.在我们自定义View起到了决定作用,我们要学会研究其中的优化方法。

学会裁剪掉View的覆盖部分,增加cpu的计算量来优化GPU的渲染

/**
     * Intersect the current clip with the specified rectangle, which is
     * expressed in local coordinates.
     *
     * @param left   The left side of the rectangle to intersect with the
     *               current clip
     * @param top    The top of the rectangle to intersect with the current clip
     * @param right  The right side of the rectangle to intersect with the
     *               current clip
     * @param bottom The bottom of the rectangle to intersect with the current
     *               clip
     * @return       true if the resulting clip is non-empty
     */
    public boolean clipRect(float left, float top, float right, float bottom) {
        return native_clipRect(mNativeCanvasWrapper, left, top, right, bottom,
                Region.Op.INTERSECT.nativeInt);
    }

5、总结

性能优化其实不仅仅是一种技术,而是一种思想,你只听过它的高大上,却不知道它其实就是各个细节处的深入研究和处理。

当然,有的时候也需要自己进行权衡效果和性能,根据需求进行选择。

还有,Android Device Monitor 是个好东西~简直就是性能优化大本营,性能优化的工具基本都在其中。

所以在平时的开发过程中,养成良好的思考习惯,是第一步~

写代码的时候要想:
1.你的代码是不是多余?
2.你的对象有没有必要在循环中创建?
3.你的计算方法是不是最优?

画界面的时候要想:
1.布局是否有背景?
2.是否可以删掉多余的布局?
3.自定义View是否进行了裁剪处理?
4.布局是否扁平化,移除非必需的UI组?

最后,Android Device Monitor 是个好东西~ 性能优化的工具基本都在其中.

作者:Chauncey_Chen
链接: https://www.jianshu.com/p/1ef2a9e5aa91
來源:简书
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