[Graphic]——基础理论

目录:

  1. 图像系统
  2. view的绘制
  3. UI更新
  4. 人眼机制
  5. 卡顿
  6. systrace
  7. 资料

https://mp.weixin.qq.com/s/9dexhnWuWIopdhdU_aKkZw


1. 图像系统

Android 图像系统, 从消费者和生产者的角度, 从图像数据的生产开始, 图像数据流向 Suface, 最后通过SurfaceFlinger 流向 HAL 显示

整个图像系统的运作是事件驱动类型, VSYNC 信号驱动下, 完成整个流程

Android中,图像的更新核心逻辑就是:

Vsync -> 
Choregrapher -> 
ViewRootImpl -> 
measure layout draw(更新DisplayList) ->  
glCommands -> 
Gpu -> 
SurfaceFlinger -> 
显示  

绘制每一帧的图像。

Vsync 信号是如何产生:

硬件产生的 HW_VSYNC , 产生 Vsync-sf 和 Vsync-app , 分别驱动 SurfaceFlinger 和 app


2. View的绘制

View 的 祖先 ViewRootImpl 中有 Surface 实例, view 的绘制分为 软件和硬件 绘制, 都是使用 Canvas (软硬绘制的Canvas种类不同)

Surface 里面存储每一帧的图像数据, 这些数据在一个BufferQueue类型结构, SurfaceFlinger 通过, 换入换出来进行 UI 更新展示

具体关于软硬件绘制的流程可以参考: https://tech.meituan.com/2017/01/19/hardware-accelerate.html

关键点:

  • 硬件绘制比起软件绘制可以充分利用GPU浮点计算的算力, 分担 CPU 负载, 从而提升性能
  • 硬件绘制具体是, View, 更新UI 后,CPU负责更新每一个需要绘制的view,每一个Layer(RenderNode)的 DisplayList(一些 glCommands), 之后由GPU在 RenderThread 完成后续处理

view 的显示更新, 是一个 由下至上更新, 由上至下绘制 的过程, 核心绘制流程在 ViewRootImpl 中, 控制了整个 view 的树结构的绘制, 更新过程是一个由下至上, 更新DirtyArea 的过程

view 的更新都是通过 invalidate() 和 requestLayout() 发生的


3. UI更新

这里使用一个 Recyclerview 的例子来分析 UI 更新
https://www.youtube.com/watch?v=zdQRIYOST64&t=455s&ab_channel=AndroidDevelopers

item 更新, 点击后改变item2 的颜色, 会从底部 触发view树 的 invalidate

到达顶部view 时, 会进行 performTraversal() 进行measure layout draw
draw 的过程, 是一个从上至下更新DisplayList(CPU 负责)

requestLayout 也是一样, 例如滑动recyclerview 会触发 requestLayout
最终调用 scheduleTraversals() 创新 layout 更新 DisplayList


4. 人眼机制

早期电影 最低帧率要求是 24Hz

手机厂商的屏幕刷新频率是60Hz , 为了配合这个刷新频率, Android系统也保证了图像帧率为 60Hz
这也就意味着每隔 1s/60 16.667ms 左右, 需要处理所有的用户输入, 绘制下一帧图像, 如果下一帧需要显示的帧没有 ready 就会导致卡顿现象

事实上, 人眼有视觉暂留机制, 对于 24hz 更新的图像视觉上就认为是连贯的, 所以 60Hz 的刷新率, 如果发生了少量的丢帧人眼也不一定能感知, 但是一旦发生了 60/24 3次以上的 丢帧, 那么人眼是可以明显察觉到卡顿现象的


5. 卡顿

https://time.geekbang.org/column/article/71982
从人眼机制也可以看出卡顿长生的原因, 发生了丢帧
从整个图像更新环节看:


从接受到 Vsync信号开始合成下一帧, 如果未在 16.6ms 完成一帧就会发生卡顿

重点注意在 input 处理 和 Traversal 的各个阶段的耗时(measure layout draw)

比如 RecyclerView 中 viewholder 的 create 和 bind 会发生在 layout阶段, 如果耗时较多, 就会导致帧率下降, 产生卡顿

recyclerview 中数据变化如何 更新 UI:

这里 layoutManager 中 发生了 createViewHolder 和 bindViewHolder, 为了减少其中的耗时

recyclerView 有 4 层缓存, prefetch 等优化


6. systrace

systrace 被广泛用来分析性能问题,观察应用运行时 CPU 调度信息, 各个线程和方法的执行状态

systrace 的使用:

进入 sdk 目录,找到 platform-tools 中的 systrace

连接手机, 确保 adb 连接上, 命令可用

python systrace.py 
-o /Users/gongshijie/Desktop/trace.html 
-a com.gongshijie.feed 
sched gfx freq idle input view sm sync

systrace 命令中最后部分是开启trace的模块, 增加你关注的模块即可

使用 python systrace.py -l 查看可以 trace 的模块

然后运行app就可以得到 trace.html 在 perfetto 中打开即可

https://ui.perfetto.dev/#!/

命令介绍

systrace命令介绍: https://developer.android.com/topic/performance/tracing/command-line?hl=zh-cn


7. 资料 Site

https://developer.android.com/topic/performance/tracing
https://classroom.udacity.com/courses/ud825
https://source.android.com/devices/graphics
https://www.youtube.com/watch?v=zdQRIYOST64&t=455s&ab_channel=AndroidDevelopers

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