Android 开发之如何识别绘制中的性能问题
白羽 2018-06-07 来源 :网络 阅读 671 评论 0

摘要:2015年初google发布了Android性能优化典范,发了16个小视频供大家欣赏,当时我也将其下载,通过微信公众号给大家推送了百度云的下载地址(地址在文末,ps:欢迎大家订阅公众号),那么近期google又在udacity上开了系列类的相关课程。有了上述的参考,那么本性能优化实战教程就有了坚实的基础,本系列将结合实例为大家展示如何去识别、诊断、解决Android应用开发中存在的性能问题。那么首先带来的就是大家最关注的渲染的性能优化。




1、概述

2015年初google发布了Android性能优化典范,发了16个小视频供大家欣赏,当时我也将其下载,通过微信公众号给大家推送了百度云的下载地址(地址在文末,ps:欢迎大家订阅公众号),那么近期google又在udacity上开了系列类的相关课程。有了上述的参考,那么本性能优化实战教程就有了坚实的基础,本系列将结合实例为大家展示如何去识别、诊断、解决Android应用开发中存在的性能问题。那么首先带来的就是大家最关注的渲染的性能优化。


2、 Android渲染机制

大家自己编写App的时候,有时会感觉界面卡顿,尤其是自定义View的时候,大多数是因为布局的层次过多,存在不必要的绘制,或者onDraw等方法中过于耗时。那么究竟需要多快,才能给用户一个流畅的体验呢?那么就需要简单了解下Android的渲染机制,一图胜千言:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号,触发对UI进行渲染,那么整个过程如果保证在16ms以内就能达到一个流畅的画面。那么如果操作超过了16ms就会发生下面的情况:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

如果系统发生的VSYNC信号,而此时无法进行渲染,还在做别的操作,那么就会导致丢帧的现象,这样的话,绘制就会在下一个16ms的时候才进行绘制,即使只丢一帧,用户也会发现卡顿的。


好了,很多朋友会不会奇怪为什么是16ms,16ms意味着着1000/60hz,相当于60fps,那么只要解释为什么是60fps。


这是因为人眼与大脑之间的协作无法感知超过60fps的画面更新。12fps大概类似手动快速翻动书籍的帧率,这明显是可以感知到不够顺滑的。24fps使得人眼感知的是连续线性的运动,这其实是归功于运动模糊的效果。


24fps是电影胶圈通常使用的帧率,因为这个帧率已经足够支撑大部分电影画面需要表达的内容,同时能够最大的减少费用支出。

但是低于30fps是无法顺畅表现绚丽的画面内容的,此时就需要用到60fps来达到想要的效果,当然超过60fps是没有必要的(据说Dart能够带来120fps的体验)。

Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

 
如果你对上图感到不理解,没关系,你只要知道问题:

· 通过Hierarchy Viewer去检测渲染效率,去除不必要的嵌套

· 通过Show GPU Overdraw去检测Overdraw,最终可以通过移除不必要的背景以及使用canvas.clipRect解决大多数问题。

如果你还觉得不能理解,没关系,文本毕竟是枯燥的,那么结合实例来展示优化的过程。

3、Overdraw的检测

对于性能优化,那么首先肯定是去发现问题,那么对么overdraw这个问题,还是比较容易发现的。 
按照以下步骤打开Show GPU Overrdraw的选项:

设置 -> 开发者选项 -> 调试GPU过度绘制 -> 显示GPU过度绘制

好了,打开以后呢,你会发现屏幕上有各种颜色,此时你可以切换到需要检测的程序,对于各个色块,对比一张Overdraw的参考图:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

那么如果你发现你的app上深红色的色块比较多,那么可能就要注意了,接下来就开始说如果遇到overdraw的情况比较严重我们该则么处理。

4、Overdraw 的处理方案一:移除不必要的background

下面看一个简单的展示ListView的例子:

· activity_main


· item的布局文件

 
     
     
         
             
                     
            


 Activity的代码
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(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;
            }
 
        });
    }
 
 
}


· 实体的代码

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


现在的效果是:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

注意,我们的需求是整体是Activity是个白色的背景。

开启Show GPU Overdraw以后:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

对比上面的参照图,可以发现一个简单的ListView展示Item,竟然很多地方被过度绘制了4X 。 那么,其实主要原因是由于该布局文件中存在很多不必要的背景,仔细看上述的布局文件,那么开始移除吧。

· 

不必要的Background 1

· 

我们主布局的文件已经是background为white了,那么可以移除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为id_msg的TextView的android:background="@android:color/white"

· 

这四个不必要的背景也比较好找,那么移除后的效果是:

Android 开发之如何识别绘制中的性能问题 

对比之前的是不是好多了~~~接下来还存在一些不必要的背景,你还能找到吗?

· 不必要的Background 5

这个背景比较难发现,主要需要看Adapter的getView的代码,上述代码你会发现,首先为每个icon设置了背景色(主要是当没有icon图的时候去显示),然后又设置了一个头像。那么就造成了overdraw,有头像的完全没必要去绘制背景,所有修改代码:

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,还有最后一个,这个也是非常容易被忽略的。

· 不必要的Background 6

记得我们之前说,我们的这个Activity要求背景色是白色,我们的确在layout中去设置了背景色白色,那么这里注意下,我们的Activity的布局最终会添加在DecorView中,这个View会中的背景是不是就没有必要了,所以我们希望调用mDecor.setWindowBackground(drawable);,那么可以在Activity调用getWindow().setBackgroundDrawable(null);。

setContentView(R.layout.activity_overdraw_01);

        getWindow().setBackgroundDrawable(null);


ok,一个简单的listview显示item,我们一共找出了6个不必要的背景,现在再看最后的Show GPU Overdraw 与最初的比较。

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

ok,对比参照图,基本已经达到了最优的状态。

5、Overdraw 的处理方案二:clipRect的妙用

我们在自定义View的时候,经常会由于疏忽造成很多不必要的绘制,比如大家看下面这样的图:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

多张卡片叠加,那么如果你是一张一张卡片从左到右的绘制,效果肯定没问题,但是叠加的区域肯定是过度绘制了。 
并且material design对于界面设计的新的风格更容易造成上述的问题。那么有什么好的方法去改善呢? 
答案是有的,android的Canvas对象给我们提供了很便利的方法clipRect就可以很好的去解决这类问题。

下面通过一个实例来展示,那么首先看一个效果图:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

左边显示的时效果图,右边显示的是开启Show Override GPU之后的效果,可以看到,卡片叠加处明显的过度渲染了。 (ps:我对这个View添加了一个背景色~~仔细看下面的代码) * View代码

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代码
/**
 * 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));
    }
}


那么大家可以考虑下如何去优化,其实很明显哈,我们上面已经说了使用cliprect方法,那么我们目标直指 
自定义View的onDraw方法。 
修改后的代码:

 

@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,除了最后一张需要完整的绘制,其他的都只需要绘制部分;所以我们在循环的时候,给i到n-1都添加了clipRect的代码。

最后的效果图:

 

可以看到,所有卡片变为了淡紫色,对比参照图,都是1X过度绘制,那么是因为我的View添加了一个 
ff00ff00的背景,可以说明已经是最优了。

如果你按照上面的修改,会发现最终效果图不是淡紫色,而是青色(2X),那是为什么呢?因为你还忽略了 
一个优化的地方,本View已经有了不透明的背景,完全可以移除Window的背景了,即在Activity中,添加getWindow().setBackgroundDrawable(null);代码。

好了,说完了Overdraw的检测与处理,那么还剩下一个layouts、invalidations过慢的问题,那么这类问题主要可能是你的XML层级过多导致的,当然也有很好的工具可以用来检测,那么就是Hierarchy Viewer。

6、减少不必要的层次:巧用Hierarchy Viewer

1、Hierarchy Viewer工具简介

Android SDK中包含这个工具,不过大家肯定也不陌生了~~~

那么就简单说一下它在哪,如何使用,以及真机无法使用该工具该怎么解决。

· Hierarchy Viewer在哪?

本博客使用IDE为Android Studio,那么只需要按照下图步骤即可找到:

 

其他IDE的兄弟,找到这个肯定没问题,不过还是建议慢慢的转向AS。

· 如何使用?

一图胜千言:

 

关注下,所有框住的区域~~

· 无法连接真机调试怎么办?

如果你不存在这样的问题,直接跳过本节。

Android的官方文档中,有这么一句话:

出于安全考虑,Hierarchy Viewer只能连接Android开发版手机或是模拟器

看来的确是存在这样的问题了,并且网上也有一些解决方案,修改源码神马的,有兴趣去试试。 
这里推荐一种解决方案:romainguy在github上有个项目ViewServer,可以下载下来导入到IDE中,里面有个ViewServer的类,类注释上也标注了用法,在你希望调试的Activity以下该三个方法中,添加几行代码:

 *  * 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);
 *     }
 * }
 *


记得先添加依赖,别问我怎么找不到ViewServer这个类,添加以上3行以后,手机运行至该Activity,重启下Android Device Moniter,然后就ok了,我就是这种方法调试的,哈~~

2、优化案例

好了,上面介绍完成了如何使用Hierarchy Viewer,下面使用一个案例来说明问题。 
主要就是个布局文件:

· 布局文件

 
    
     
         
         
             
                         
 
    
     
         
 
         
            


· 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);
    }
}


可以看到我们的Activity里面添加了ViewServer相关的几行代码。 
然后手机打开此Activity,打开Android Device Moniter,切换到Hierarchy Viewer视图,可以看到:

 Android 开发之如何识别绘制中的性能问题

点击LinearLayout,然后点击Profile Node,你会发现所有的子View上面都有了3个圈圈, 
(取色范围为红、黄、绿色),这三个圈圈分别代表measure 、layout、draw的速度,并且你也可以看到实际的运行的速度,如果你发现某个View上的圈是红色,那么说明这个View相对其他的View,该操作运行最慢,注意只是相对别的View,并不是说就一定很慢。

红色的指示能给你一个判断的依据,具体慢不慢还是需要你自己去判断的。

好了,上面的布局文件展示了ListView的Item的编写的两个版本,一个是Linearlayout嵌套的,一个是RelativeLayout的。上图也可以看出Linearlayout的版本相对RelativeLayout的版本要慢很多(请多次点击Profile Node取样)。即可说明RelativeLayout的版本更优于RelativeLayout的写法,并且Hierarchy Viewer可以帮助我们发现类似的问题。

恩,对了,第一个例子里面的ListView的Item的写法就是Liearlayout嵌套的,大家有兴趣可以修改为RelativeLayout的写法的~~~

到此我们就介绍完成了如何去对Android渲染进行优化,如果你的app有卡顿的情况,可以通过使用上述的工具首先去检测收集数据,然后按照上面提供的方法进行优化

 


本文由职坐标整理并发布,希望对同学们有所帮助。了解更多详情请关注职坐标移动开发之Android频道!


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