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深入理解Android的渲染机制

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。

作者:佚名来源:Android开发中文站|2017-05-03 17:00

基础知识

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. OpenGL ES详解

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。

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:

渲染机制分析

渲染流程简介

Android整体的绘制流程如下:

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

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。

渲染时间线

 

正常情况下Android的GPU会在16ms完成页面的绘制,如果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,然后再次绘制界面,这样就会看起来画面停顿。

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。

渲染常见问题

GPU过度绘制

OverDraw是开发中常见的优化点,是指一个界面出现层层绘制的情况,如:

我们可以使用一些第三方工具来查看是否过渡绘制。如小米魅族。

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。

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。

所以当界面过于复杂的时候,DisplayList绘制界面就会出现延迟而造成卡顿。

我们可以使用渲染工具检测,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。

我们打开手机的GPU Rending呈现的信息,我们以魅族为例:

   

说明: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。

Android渲染优化

读懂Android的渲染机制对于优化,特别是在写布局的时候是很有帮助的。减少布局层级,减少GPU的渲染这对我们提供app的质量是很有帮助的。

去掉不必要的界面:

 

布局层级优化

使用Hierarchy Viewer工具可以查看界面的层级,关于这块的介绍请查看我之前的博客:Android布局优化

当然Android在某些系统版本也增加了检测overdraw的工具。如Android 在4。2版本中增加了Debug GPU Overdraw选项,如果你用的是Jelly Bean 4.3 或者 KitKat 设备,在屏幕的左下角会有一个计数展示屏幕overdraw的程度。

另一种查看overdraw的方式是在Debug GPU overdraw菜单里选择“Show Overdraw areas”选项。选择之后,会在app的不同区域覆盖不同的颜色来表示overdraw的次数。比较屏幕上这些不同的颜色,可以快速方便的定位overdraw问题。

图片格式选择

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。有条件的可以选择webpp,这种格式的图片占据的大小比较小,并且能满足手机显示的需要。

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。

所以我们在设置界面的时候需要做一个判断:

  1. Bean bean=list.get(i);  
  2. if (bean.img == 0) { 
  3.             Picasso.with(getContext()).load(android.R.color.transparent).into(holder.imageView); 
  4.             holder.imageView.setBackgroundColor(bean.backPic); 
  5.         } else { 
  6.             Picasso.with(getContext()).load(bean.img).into(holder.imageView); 
  7.             holder.imageView.setBackgroundColor(Color.TRANSPARENT); 
  8.         }  

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