Android性能优化 - CPU/GPU篇

Android UI优化
 Android性能优化 - CPU/GPU篇
 Android内存优化

前言

本篇主要讲解APP性能优化路上关于CPU、GPU的优化。先来了解下这两个的主要功能：

CPU：叫中央处理器，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。

GPU: 叫图形处理器，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

通过对CPU和GPU简单的了解可以知道，CPU主要用于计算，GPU主要用户UI绘制。

了解了这些后，下面我们就进入正题。

一、优化CPU、GPU的优点

在讲如何优化前，我们先分析下为何要进行优化，给我们的APP带来哪些好处。

优化CPU,减少CPU计算工作，缩短了计算消耗的时间，提高计算效率；
优化GPU，可以减少GPU的UI绘制工作，提升绘制效率；
减少电耗，CPU计算量少了，GPU绘制少了，对手机电量损耗就少；
减少手机发热，电量损耗减少，产生的热量自然就少了；
减少APP UI卡顿，CPU和GPU效率提高了，就能更好的保证屏幕刷新在16ms（为啥？后面会讲到）内完成；
app更流畅，提升用户体验；

等等，还有其他的好处，这里讲了比较重要的几点。

既然有那么多好处，那么我们讲讲如何做吧。

timg.jpg

二、简介屏幕刷新机制

屏幕的刷新过程是每一行从左到右（行刷新，水平刷新，Horizontal Scanning），从上到下（屏幕刷新，垂直刷新，Vertical Scanning）。当整个屏幕刷新完毕，即一个垂直刷新周期完成，会有短暂的空白期，此时发出 VSync 信号。所以，VSync 中的 V 指的是垂直刷新中的垂直-Vertical。

Android系统每隔16ms（1s/60fps计算结果）发出VSYNC信号，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，这意味着用户的大多数操作都必须在16ms内完成；但是如果主线程执行一些太耗时操作或短时间内执行太多任务，周期超过16ms，就会导致丢帧，丢帧后，UI刷新只能等到下一次VSYNC信号到来时在绘制，因此32ms内看到的是同一帧。

丢帧情况：

image

上图：可见第二次vsync到来需要显示内容时，CPU和GPU还没有来得及准备好下一帧的数据，所以只能接着显示上一帧的数据。

正常情况，非丢帧图：

image

CPU/GPU接收vsync信号提前准备下一帧要显示的内容，所以能够及时准备好每一帧的数据，保证画面的流程。

参考自Android 显示系统：Vsync机制

三、CPU优化

感觉叫CPU优化不太合理，说成APP在CPU方向上的优化可能更贴切些，反正先姑且这么说吧。

1.CPU过高引起的问题

ANR，主线程响应超时，有耗时工作占用主线程超过5S;
手机发热，电量损耗过快；
UI丢帧、卡顿，操作不流畅；
APP响应慢等；

2.优化方向

减少主线程耗时工作；
减少主线程短时间内的执行的任务量，分散做；
少做、提前做、延迟做；
异步执行任务；
针对自定义View,切勿在onDraw中做大量计算工作；

3.介绍CPU优化的辅助工具

CPU分析工具有两种：Android Monitor 和CPU性能分析工具Trace Viewer。

在Android studio新版本讲两者合并统一到CPU Profiler 中，下面就以新版AS 3.6.2版本为例，讲解工具如何使用及如何分析CPU占用。

1.整体分析APP中CPU消耗

首先点击【Profiler】按钮启动APP

启动后，会在AS下部显示如下窗口：

点击红色区域，进入到显示CPU详情数据窗口界面，如图：

正常情况下仅能看到CPU使用图，具体的信息是看不到的。那么我们在某中情况下看到CPU使用过高，那么我们怎么看具体在哪里使用的呢？

点击【Record】按钮开始记录CPU使用数据，然后做你自己的操作，等看到你想要的CPU过高的那段数据后，点击【Stop】停止记录，稍等片刻工具就好自动分析记录的CPU数据，如下图：

找到我们自己的代码后，进行逐一排查就可以很容易定位问题和进行优化。

好了，工具使用介绍完了。
那么如果我只想对单个方法或一段代码进行分析CPU消耗怎么做呢？也很简单，两行代码搞定。

2.使用Debug对单个方法或代码块进行CPU监控

很简单，使用Debug.startMethodTracing()和Debug.stopMethodTracing()两个方法。
场景：监控方法或代码块，在监控APP启动耗时尤为有用，因为APP启动使用Profiler是监控不到的。
如下例子：

public void showPublishTask(Activity activity){
        //开启记录trace数据
        //参数,为生成的trace文件名称，默认存储目录为：getExternalFilesDir，即默认目录为：Android/data/包名/files/
       //也可自己指定一个目录如：sdcard/myApp.trace
        Debug.startMethodTracing("myApp");
        
        CommonHttpModel.findCurTeachingSubjects(activity,null);
        mPopup = new PublishTaskPopup(activity);
        mPopup.setCallback((OnCommonListener<Boolean>) b -> mPopup = null);
        mPopup.showAtLocation(activity.getWindow().getDecorView(), Gravity.CENTER,0,0);
        
        //停止tracing
        Debug.stopMethodTracing();
    }

注意：因涉及到向写入文件，故需要增加sdcard的读写权限，切记！切记！切记！

允许APP，执行该段代码后，会在指定的目录下生成myApp.trace文件，将该文件导出在AS中打开即可进行分析，最终结果如下图：