Android 卡頓優化 2 渲染優化

阿新 • • 發佈：2018-02-28

運動發布 Language 嚴重 onresume 背景色容易微信對比

1、概述

2015年初google發布了Android性能優化典範，發了16個小視頻供大家欣賞，當時我也將其下載，通過微信公眾號給大家推送了百度雲的下載地址（地址在文末，ps:歡迎大家訂閱公眾號），那麽近期google又在udacity上開了系列類的相關課程。有了上述的參考，那麽本性能優化實戰教程就有了堅實的基礎，本系列將結合實例為大家展示如何去識別、診斷、解決Android應用開發中存在的性能問題。那麽首先帶來的就是大家最關註的渲染的性能優化（~~渲染就是把東西繪制到屏幕上）。

ps:本博客所有案例可能並不會完全按照Google給出的例子，因為範例代碼比較多且不好在博客中展示，所以基本代碼都會經過調整，但表達的意思不會變。

2、 Android渲染機制

大家自己編寫App的時候，有時會感覺界面卡頓，尤其是自定義View的時候，大多數是因為布局的層次過多，存在不必要的繪制，或者onDraw等方法中過於耗時。那麽究竟需要多快，才能給用戶一個流暢的體驗呢？那麽就需要簡單了解下Android的渲染機制，一圖勝千言：

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Android系統每隔16ms發出VSYNC信號，觸發對UI進行渲染，那麽整個過程如果保證在16ms以內就能達到一個流暢的畫面。那麽如果操作超過了16ms就會發生下面的情況：

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如果系統發生的VSYNC信號，而此時無法進行渲染，還在做別的操作，那麽就會導致丟幀的現象，（大家在察覺到APP卡頓的時候，可以看看logcat控制太，會有drop frames類似的警告）。這樣的話，繪制就會在下一個16ms的時候才進行繪制，即使只丟一幀，用戶也會發現卡頓的~~（ps:上面標識不應該是32ms麽，咋是34ms，難道我錯過了什麽）。

好了，很多朋友會不會奇怪為什麽是16ms，16ms意味著著1000/60hz，相當於60fps，那麽只要解釋為什麽是60fps，好在這個問題，網上有解答：

這是因為人眼與大腦之間的協作無法感知超過60fps的畫面更新。12fps大概類似手動快速翻動書籍的幀率，這明顯是可以感知到不夠順滑的。24fps使得人眼感知的是連續線性的運動，這其實是歸功於運動模糊的
效果。24fps是電影膠圈通常使用的幀率，因為這個幀率已經足夠支撐大部分電影畫面需要表達的內容，同時能夠最大的減少費用支出。但是低於30fps是
無法順暢表現絢麗的畫面內容的，此時就需要用到60fps來達到想要的效果，當然超過60fps是沒有必要的（據說Dart能夠帶來120fps的體驗）。本引用來源：Google 發布 Android 性能優化典範 - 開源中國社區

好了，有了對Android渲染機制基本的認識以後，那麽我們的卡頓的原因就在於沒有辦法在16ms內完成該完成的操作，而主要因素是在於沒有必要的layouts、invalidations、Overdraw。渲染的過程是由CPU與GPU協作完成，下面一張圖很好的展示出了CPU和GPU的工作，以及潛在的問題，檢測的工具和解決方案。

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如果你對上圖感到不理解，沒關系，你只要知道問題：

通過Hierarchy Viewer去檢測渲染效率，去除不必要的嵌套
通過Show GPU Overdraw去檢測Overdraw，最終可以通過移除不必要的背景以及使用canvas.clipRect解決大多數問題。

如果你還覺得不能理解，沒關系，文本畢竟是枯燥的，那麽結合實例來展示優化的過程。

3、Overdraw的檢測

對於性能優化，那麽首先肯定是去發現問題，那麽對麽overdraw這個問題，還是比較容易發現的。
按照以下步驟打開Show GPU Overrdraw的選項：

設置 -> 開發者選項 -> 調試GPU過度繪制 -> 顯示GPU過度繪制

好了，打開以後呢，你會發現屏幕上有各種顏色，此時你可以切換到需要檢測的程序，對於各個色塊，對比一張Overdraw的參考圖：

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那麽如果你發現你的app上深紅色的色塊比較多，那麽可能就要註意了，接下來就開始說如果遇到overdraw的情況比較嚴重我們該則麽處理。

4、Overdraw 的處理方案一：移除不必要的background

下面看一個簡單的展示ListView的例子：

activity_main

<?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:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
              android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
              android:background="@android:color/white"
              android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
              android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
              android:orientation="vertical"
    >

    <TextView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:padding="@dimen/narrow_space"
        android:textSize="@dimen/large_text_size"
        android:layout_marginBottom="@dimen/wide_space"
        android:text="@string/header_text"/>

    <ListView
        android:id="@+id/id_listview_chats"
        android:layout_width="match_parent"
        android:background="@android:color/white"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:divider="@android:color/transparent"
        android:dividerHeight="@dimen/divider_height"/>
</LinearLayout>

item的布局文件

<?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="horizontal"
    android:paddingBottom="@dimen/chat_padding_bottom">

    <ImageView
        android:id="@+id/id_chat_icon"
        android:layout_width="@dimen/avatar_dimen"
        android:layout_height="@dimen/avatar_dimen"
        android:src="@drawable/joanna"
        android:layout_margin="@dimen/avatar_layout_margin" />

    <LinearLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:background="@android:color/darker_gray"
        android:orientation="vertical">

        <RelativeLayout
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:background="@android:color/white"
            android:textColor="#78A"
            android:orientation="horizontal">

            <TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:layout_alignParentLeft="true"
                android:padding="@dimen/narrow_space"
                android:text="@string/hello_world"
                android:gravity="bottom"
                android:id="@+id/id_chat_name" />

            <TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:layout_alignParentRight="true"
                android:textStyle="italic"
                android:text="@string/hello_world"
                android:padding="@dimen/narrow_space"
                android:id="@+id/id_chat_date" />
        </RelativeLayout>

        <TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="match_parent"
            android:padding="@dimen/narrow_space"
            android:background="@android:color/white"
            android:text="@string/hello_world"
            android:id="@+id/id_chat_msg" />
    </LinearLayout>
</LinearLayout>

Activity的代碼

package com.zhy.performance_01_render;

import android.os.Bundle;
import android.os.PersistableBundle;
import android.support.annotation.Nullable;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.view.LayoutInflater;
import android.view.View;
import android.view.ViewGroup;
import android.widget.ArrayAdapter;
import android.widget.ImageView;
import android.widget.ListView;
import android.widget.TextView;

/**
 * Created by zhy on 15/4/29.
 */
public class OverDrawActivity01 extends AppCompatActivity
{
    private ListView mListView;
    private LayoutInflater mInflater ;

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        setContentView(R.layout.activity_overdraw_01);

        mInflater = LayoutInflater.from(this);
        mListView = (ListView) findViewById(R.id.id_listview_chats);

        mListView.setAdapter(new ArrayAdapter<Droid>(this, -1, Droid.generateDatas())
        {
            @Override
            public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent)
            {

                ViewHolder holder = null ;
                if(convertView == null)
                {
                    convertView = mInflater.inflate(R.layout.chat_item,parent,false);
                    holder = new ViewHolder();
                    holder.icon = (ImageView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_icon);
                    holder.name = (TextView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_name);
                    holder.date = (TextView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_date);
                    holder.msg = (TextView) convertView.findViewById(R.id.id_chat_msg);
                    convertView.setTag(holder);
                }else
                {
                    holder = (ViewHolder) convertView.getTag();
                }

                Droid droid = getItem(position);
                holder.icon.setBackgroundColor(0x44ff0000);
                holder.icon.setImageResource(droid.imageId);
                holder.date.setText(droid.date);
                holder.msg.setText(droid.msg);
                holder.name.setText(droid.name);

                return convertView;
            }

            class ViewHolder
            {
                ImageView icon;
                TextView name;
                TextView date;
                TextView msg;
            }

        });
    }


}

實體的代碼

package com.zhy.performance_01_render;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Droid
{
    public String name;
    public int imageId;
    public String date;
    public String msg;


    public Droid(String msg, String date, int imageId, String name)
    {
        this.msg = msg;
        this.date = date;
        this.imageId = imageId;
        this.name = name;
    }

    public static List<Droid> generateDatas()
    {
        List<Droid> datas = new ArrayList<Droid>();

        datas.add(new Droid("Lorem ipsum dolor sit amet, orci nullam cra", "3分鐘前", -1, "alex"));
        datas.add(new Droid("Omnis aptent magnis suspendisse ipsum, semper egestas", "12分鐘前", R.drawable.joanna, "john"));
        datas.add(new Droid("eu nibh, rhoncus wisi posuere lacus, ad erat egestas", "17分鐘前", -1, "7heaven"));
        datas.add(new Droid("eu nibh, rhoncus wisi posuere lacus, ad erat egestas", "33分鐘前", R.drawable.shailen, "Lseven"));

        return datas;
    }


}

現在的效果是：

技術分享圖片

註意，我們的需求是整體是Activity是個白色的背景。

開啟Show GPU Overdraw以後：

技術分享圖片

對比上面的參照圖，可以發現一個簡單的ListView展示Item，竟然很多地方被過度繪制了4X 。那麽，其實主要原因是由於該布局文件中存在很多不必要的背景，仔細看上述的布局文件，那麽開始移除吧。

不必要的Background 1

我們主布局的文件已經是background為white了，那麽可以移除ListView的白色背景
不必要的Background 2

Item布局中的LinearLayout的android:background="@android:color/darker_gray"
不必要的Background 3

Item布局中的RelativeLayout的android:background="@android:color/white"
不必要的Background 4

Item布局中id為id_msg的TextView的android:background="@android:color/white"

這四個不必要的背景也比較好找，那麽移除後的效果是：

技術分享圖片

對比之前的是不是好多了~~~接下來還存在一些不必要的背景，你還能找到嗎？

不必要的Background 5

這個背景比較難發現，主要需要看Adapter的getView的代碼，上述代碼你會發現，首先為每個icon設置了背景色（主要是當沒有icon圖的時候去顯示），然後又設置了一個頭像。那麽就造成了overdraw，有頭像的完全沒必要去繪制背景，所有修改代碼：

Droid droid = getItem(position);
                if(droid.imageId ==-1)
                {
                    holder.icon.setBackgroundColor(0x4400ff00);
                    holder.icon.setImageResource(android.R.color.transparent);
                }else
                {
                    holder.icon.setImageResource(droid.imageId);
                    holder.icon.setBackgroundResource(android.R.color.transparent);
                }

ok，還有最後一個，這個也是非常容易被忽略的。

不必要的Background 6

記得我們之前說，我們的這個Activity要求背景色是白色，我們的確在layout中去設置了背景色白色，那麽這裏註意下，我們的Activity的布局最終會添加在DecorView中，這個View會中的背景是不是就沒有必要了，所以我們希望調用mDecor.setWindowBackground(drawable);，那麽可以在Activity調用getWindow().setBackgroundDrawable(null);。

setContentView(R.layout.activity_overdraw_01);
        getWindow().setBackgroundDrawable(null);

ok，一個簡單的listview顯示item，我們一共找出了6個不必要的背景，現在再看最後的Show GPU Overdraw 與最初的比較。

ok，對比參照圖，基本已經達到了最優的狀態。

5、Overdraw 的處理方案二：clipRect的妙用

我們在自定義View的時候，經常會由於疏忽造成很多不必要的繪制，比如大家看下面這樣的圖：

技術分享圖片

多張卡片疊加，那麽如果你是一張一張卡片從左到右的繪制，效果肯定沒問題，但是疊加的區域肯定是過度繪制了。
並且material design對於界面設計的新的風格更容易造成上述的問題。那麽有什麽好的方法去改善呢？
答案是有的，android的Canvas對象給我們提供了很便利的方法clipRect就可以很好的去解決這類問題。

下面通過一個實例來展示，那麽首先看一個效果圖：

左邊顯示的時效果圖，右邊顯示的是開啟Show Override GPU之後的效果，可以看到，卡片疊加處明顯的過度渲染了。 (ps:我對這個View添加了一個背景色~~仔細看下面的代碼） * View代碼

package com.zhy.performance_01_render;

import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.graphics.Canvas;
import android.view.View;

/**
 * Created by zhy on 15/4/30.
 */
public class CardView extends View
{
    private Bitmap[] mCards = new Bitmap[3];

    private int[] mImgId = new int[]{R.drawable.alex, R.drawable.chris, R.drawable.claire};

    public CardView(Context context)
    {
        super(context);

        Bitmap bm = null;
        for (int i = 0; i < mCards.length; i++)
        {
            bm = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), mImgId[i]);
            mCards[i] = Bitmap.createScaledBitmap(bm, 400, 600, false);
        }

        setBackgroundColor(0xff00ff00);
    }

    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas)
    {

        super.onDraw(canvas);

        canvas.save();
        canvas.translate(20, 120);
        for (Bitmap bitmap : mCards)
        {
            canvas.translate(120, 0);
            canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, null);
        }
        canvas.restore();

    }
}

Activity代碼

/**
 * Created by zhy on 15/4/30.
 */
public class OverDrawActivity02 extends AppCompatActivity
{

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        setContentView(new CardView(this));
    }
}

那麽大家可以考慮下如何去優化，其實很明顯哈，我們上面已經說了使用cliprect方法，那麽我們目標直指
自定義View的onDraw方法。
修改後的代碼：


 @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas)
    {

        super.onDraw(canvas);

        canvas.save();
        canvas.translate(20, 120);
        for (int i = 0; i < mCards.length; i++)
        {
            canvas.translate(120, 0);
            canvas.save();
            if (i < mCards.length - 1)
            {
                canvas.clipRect(0, 0, 120, mCards[i].getHeight());
            }
            canvas.drawBitmap(mCards[i], 0, 0, null);
            canvas.restore();
        }
        canvas.restore();

    }

分析得出，除了最後一張需要完整的繪制，其他的都只需要繪制部分；所以我們在循環的時候，給i到n-1都添加了clipRect的代碼。

最後的效果圖：

技術分享圖片

可以看到，所有卡片變為了淡紫色，對比參照圖，都是1X過度繪制，那麽是因為我的View添加了一個
ff00ff00的背景，可以說明已經是最優了。

如果你按照上面的修改，會發現最終效果圖不是淡紫色，而是青色（2X），那是為什麽呢？因為你還忽略了
一個優化的地方，本View已經有了不透明的背景，完全可以移除Window的背景了，即在Activity中，添加getWindow().setBackgroundDrawable(null);代碼。

好了，說完了Overdraw的檢測與處理，那麽還剩下一個layouts、invalidations過慢的問題，那麽這類問題主要可能是你的XML層級過多導致的，當然也有很好的工具可以用來檢測，那麽就是Hierarchy Viewer。

6、減少不必要的層次：巧用Hierarchy Viewer

1、Hierarchy Viewer工具簡介

Android SDK中包含這個工具，不過大家肯定也不陌生了~~~

那麽就簡單說一下它在哪，如何使用，以及真機無法使用該工具該怎麽解決。

Hierarchy Viewer在哪？

本博客使用IDE為Android Studio，那麽只需要按照下圖步驟即可找到：

技術分享圖片

其他IDE的兄弟，找到這個肯定沒問題，不過還是建議慢慢的轉向AS。

如何使用？

一圖勝千言：

技術分享圖片

關註下，所有框住的區域~~

無法連接真機調試怎麽辦？

如果你不存在這樣的問題，直接跳過本節。

Android的官方文檔中，有這麽一句話：

出於安全考慮，Hierarchy Viewer只能連接Android開發版手機或是模擬器

看來的確是存在這樣的問題了，並且網上也有一些解決方案，修改源碼神馬的，有興趣去試試。
這裏推薦一種解決方案：romainguy在github上有個項目ViewServer，可以下載下來導入到IDE中，裏面有個ViewServer的類，類註釋上也標註了用法，在你希望調試的Activity以下該三個方法中，添加幾行代碼：

 * <pre>
 * public class MyActivity extends Activity {
 *     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
 *         super.onCreate(savedInstanceState);
 *         // Set content view, etc.
 *         ViewServer.get(this).addWindow(this);
 *     }
 *       
 *     public void onDestroy() {
 *         super.onDestroy();
 *         ViewServer.get(this).removeWindow(this);
 *     }
 *   
 *     public void onResume() {
 *         super.onResume();
 *         ViewServer.get(this).setFocusedWindow(this);
 *     }
 * }
 * </pre>

記得先添加依賴，別問我怎麽找不到ViewServer這個類，添加以上3行以後，手機運行至該Activity，重啟下Android Device Moniter，然後就ok了，我就是這種方法調試的，哈~~

2、優化案例

好了，上面介紹完成了如何使用Hierarchy Viewer，下面使用一個案例來說明問題。
主要就是個布局文件：

布局文件

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

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

    <!-- Version 1. Uses nested LinearLayouts -->
    <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
        android:orientation="horizontal"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginTop="@dimen/activity_vertical_margin">

        <ImageView
            android:id="@+id/chat_author_avatar1"
            android:layout_width="@dimen/avatar_dimen"
            android:layout_height="@dimen/avatar_dimen"
            android:layout_margin="@dimen/avatar_layout_margin"
            android:src="@drawable/joanna"/>

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

            <TextView
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:text="@string/line1_text" />

            <TextView
                android:layout_width="match_parent"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:text="@string/line2_text"/>
        </LinearLayout>
    </LinearLayout>


    <!-- Version 2: uses a single RelativeLayout -->
    <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
        android:orientation="horizontal"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginTop="@dimen/activity_vertical_margin">

        <ImageView
            android:id="@+id/chat_author_avatar2"
            android:layout_width="@dimen/avatar_dimen"
            android:layout_height="@dimen/avatar_dimen"
            android:layout_margin="@dimen/avatar_layout_margin"
            android:src="@drawable/joanna"/>


        <TextView
            android:id="@+id/rl_line1"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:layout_toRightOf="@id/chat_author_avatar2"
            android:text="@string/line1_text" />

        <TextView
            android:id="@+id/rl_line2"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:layout_below="@id/rl_line1"
            android:layout_toRightOf="@id/chat_author_avatar2"
            android:text="@string/line2_text" />
    </RelativeLayout>
</LinearLayout>

Activity

package com.zhy.performance_01_render;

import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.ActionBarActivity;

import com.android.debug.hv.ViewServer;


public class CompareLayoutActivity extends ActionBarActivity
{

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_compare_layouts);

        ViewServer.get(this).addWindow(this);
    }

    @Override
    protected void onResume()
    {
        super.onResume();
        ViewServer.get(this).setFocusedWindow(this);
    }

    @Override
    protected void onDestroy()
    {
        super.onDestroy();
        ViewServer.get(this).removeWindow(this);
    }
}

可以看到我們的Activity裏面添加了ViewServer相關的幾行代碼。
然後手機打開此Activity，打開Android Device Moniter，切換到Hierarchy Viewer視圖，可以看到：

技術分享圖片

點擊LinearLayout，然後點擊Profile Node，你會發現所有的子View上面都有了3個圈圈，
（取色範圍為紅、黃、綠色），這三個圈圈分別代表measure 、layout、draw的速度，並且你也可以看到實際的運行的速度，如果你發現某個View上的圈是紅色，那麽說明這個View相對其他的View，該操作運行最慢，註意只是相對別的View，並不是說就一定很慢。

紅色的指示能給你一個判斷的依據，具體慢不慢還是需要你自己去判斷的。

好了，上面的布局文件展示了ListView的Item的編寫的兩個版本，一個是Linearlayout嵌套的，一個是RelativeLayout的。上圖也可以看出Linearlayout的版本相對RelativeLayout的版本要慢很多（請多次點擊Profile Node取樣）。即可說明RelativeLayout的版本更優於RelativeLayout的寫法，並且Hierarchy Viewer可以幫助我們發現類似的問題。

Android 卡頓優化 2 渲染優化

運動發布 Language 嚴重 onresume 背景色容易微信對比 1、概述 2015年初google發布了Android性能優化典範，發了16個小視頻供大家欣賞，當時我也將其下載，通過微信公眾號給大家推送了百度雲的下載地址（地址在文末，ps:歡迎大家訂閱公眾號

Android 卡頓優化 2 渲染優化

1、概述

2、 Android渲染機制

3、Overdraw的檢測

4、Overdraw 的處理方案一：移除不必要的background

5、Overdraw 的處理方案二：clipRect的妙用

6、減少不必要的層次：巧用Hierarchy Viewer

1、Hierarchy Viewer工具簡介

2、優化案例

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