Android性能优化之渲染

提高用户体验首先要提高app的性能

造成卡顿的原因

Android的CPU和GPU同时工作，在屏幕上绘制图片如果手机的刷新频率为60hz，则代表每秒会刷新60次屏幕，即绘制60张图片，这也是大部分手机的刷新频率。这个刷新频率也称为fps（帧率），即每秒钟的帧数，一个帧数就是一张图片，如果1000ms绘制了60帧，则代表每隔 1000 / 60 = 16.666ms 时，就需要绘制一个帧

你一定玩过fps游戏，在fps游戏中，当fps的值 >= 60时，则说明这个游戏可以流畅的运行，在Android中也是一样

当帧率大于60时，画面会很流畅，而一旦低于60,画面就会变得卡顿，用户体验就会很差，动画就会变得很卡顿

前面我们说过，每隔16ms系统就会发送VSYNC信号绘制一个帧，如果我们在这16ms内，没有完成所需要的逻辑操作，当系统想要绘制一个新的帧时，发现我们的程序没有准备好，就会自动跳过此帧，不再绘制，所以这张图片在屏幕上待了32ms，造成了卡顿的视觉效果

CPU和GPU共同工作绘制图片

渲染操作依赖CPU与GPU。 CPU负责Measure、Layout、Record、Excute的计算操作， GPU则负责Rasterization格栅化操作

CPU通常存在的问题的原因是存在非必需的视图组件，它不仅仅会带来重复的计算操作，而且还会占用额外的GPU资源。

Activity是如何被绘制到屏幕上的？

我们通常在xml上设置布局，或者使用java代码写一个View，这些字符串、符号、路径甚至时一些高级对象都是通过格栅化操作，将它们拆分成不同的像素到屏幕上进行显示，这个格栅化操作是相当耗时的，所以引入了一个硬件GPU，用来专门处理格栅化操作。

GPU要进行格栅化操作，首先要接受一些简单的指令，这些指令由CPU提供，CPU将字符串、对象等转化为多边形和纹理（即图片，也就是GPU所需的指令），这一过程通常使用的API 就是 Android OpenGL ES，GPU接收到指令后就进行格栅化的操作。这样图片就被显示出来了。

cpu 转化，gpu格栅

上述过程中一共有三处耗时操作：

格栅化操作
将代码、对象转化为GPU所需的多边形纹理的转化操作
将多边形纹理上传给GPU的上传操作

由此可见，渲染机制是如此的复杂和耗时。

针对1：使用了GPU加快了格栅化操作的速度针对2和3：OpenGL ES API 允许数据上传到GPU以后，对数据进行保存，这样下次需要绘制同一种按钮时，只需要在GPU的存储器中引用它即可并且，你的所有Bitmap、Drawable等都会被打包到统一的纹理中，然后使用网格工具上传到GPU，这样当你需要使用这些东西时，就不需要做任何的转换，它们已经存储在GPU中了

综上所述：渲染机制的优化就是：

尽可能快的上传数据到GPU
上传后尽可能在不修改的条件下保存数据

GPU已经被优化的很强大了，所以我们在一般情况下不会遇到GPU的问题，但是有一个GPU的问题需要我们避免：Overdraw 过度绘制

过度绘制Overdraw

什么是过度绘制？比如给你的hourse粉刷，第一次你将墙壁全部粉刷为白色，粉刷完成后，又继续粉刷为绿色，之前的白色被完全遮挡了，那么我么就浪费了许多白漆。过度重绘类似这个过程，如果我们在同一个位置堆叠了许多卡片，那么在绘制时，系统就会绘制这些看不到的卡片，这样就做了许多无用功，也就造成了过度绘制的问题，影响到应用的性能。比如常见的，堆叠布局实现动画、变换等效果，这是极其损耗资源的一件事情。

Android系统中在开发人员选项-debug gpu overdraw，可以让我们检查GPU是否发生了过度绘制： x1 显示白色 x2 显示蓝色 x3 显示绿色 x4 显示红色

颜色越深，说明过度绘制的情况就越严重。

剪辑Clipping

幸运的时，Android为了保持流畅，如果发现一个View完全被遮挡，则系统不会去绘制这个View，这个操作称作剪辑clipping 而且，如果你的View设置为不可见，系统同样也不会取绘制它。

但是，对于复杂的自定义View，系统则不能检测它在onDraw方法中进行了什么操作，所以，系统也就没有能力去除那些被覆盖的View

为了解决这类问题，Canvas中提供了如下方法: canvas.clipRect方法，帮助你识别View的绘制区域，区域之外的任何绘制都会被忽略（比如View的padding就可以用这种方法实现），发生如下情况时，这个方法尤其好用：

[外链图片转存中...(img-EtTom1Fs-1639376752358)]

扑克叠在一起，这种情况我们往往会将扑克图片一一绘制，如下：

由图我们发现，中间部分因为图片的重叠造成了不必要的绘制，解决办法很简单，只需要这样绘制即可：

效果如下，成功的使用了clipRect解决了过度绘制的问题！

还有一种方法，boolean quickReject(Rect r)方法，这个方法可以判断r区域是否完全在剪辑区域之外，如果是，可以忽略r区域内的所有的绘制操作

优化建议

移除Window默认的Background
移除XML布局文件中非必需的Background
按需显示占位背景图片

布局优化

GPU的过度绘制问题解决了，但是CPU也存在一些问题：前面我们说过，CPU需要将对象，xml等转化为GPU可以识别的多边形和纹理，这个操作实际上是在DisplayList（一个cpu缓存区）帮助下完成的，这些多边形和纹理被包含在为Display List中。

DisplayList持有所有要将交给GPU的数据,这些数据包含了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，当某个对象需要被渲染时，Display对象就会被创建

当View的位置发生改变时，gpu只需要再执行一次在gpu内存中record(存储)的DisplayList就可以了，CPU则不需要再将对象转化为DisplayList
如果你改变了view的可见性，则原来的DisplayList就不可以用了，这是就必须重建一个DisplayList执行渲染
当任何对象发生改变时，比如大小变化、文字的改变，填充图片等都要重建DisplayList，重新执行一遍流程 measure-layout等操作 [外链图片转存中...(img-XJccIu5Z-1639376752361)]

所以，当你的布局中有太多的无用的View，则会造成没用的measure、layout拖累应用的性能，而且还会占用不必要的内存空间

Android为了解决这类问题，提供了Hierarchy Viewer工具：在DDMS中，可以打开这个工具，如下：

可以很清楚的看到Android的布局的层次，检查是否有不需要的layout。

优化建议

尽量使用扁平化布局(层次低)
使用merge标签删减视图层级，系统会自动忽略merge节点
使用ViewStub,需要时才会加载，不会影响UI初始化时的性能

探索相对布局和线性布局的优劣

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<LinearLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="vertical">

    <LinearLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:orientation="horizontal">

        <ImageView
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:src="@mipmap/ic_launcher"/>

        <LinearLayout
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:orientation="vertical">
            <TextView
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:text="我是标题"/>
            <TextView
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:text="我是内容"/>
        </LinearLayout>
    </LinearLayout>

    <RelativeLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content">

        <ImageView
            android:id="@+id/iv"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:src="@mipmap/ic_launcher"/>
        <TextView
            android:id="@+id/tv"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="我是标题"
            android:layout_toRightOf="@id/iv"/>
        <TextView
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="我是内容"
            android:layout_toRightOf="@id/iv"
            android:layout_below="@id/tv"/>
    </RelativeLayout>

</LinearLayout>