每日一学-性能提升之Y-Sync

背景

提到性能提升,不得不说 布局优化、卡顿优化,为什么会出现卡顿呢?接下来,先看下,Android屏幕渲染基础知识。

显示系统的组成

基础构成包括CPU、GPU、Display三个部分,CPU负责计算帧数据,把计算好的数据交给GPU,GPU负责渲染数据,渲染好后放到buffer(图像缓冲区)中存起来,Display(屏幕)负责把buffer里的数据呈现到屏幕上。
传统方式,即单缓存,从缓存映射到屏幕上。


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名词解释

  1. Refresh Rate:屏幕刷新频率,一秒内屏幕刷新的次数(即一秒内显示了多少帧图像),单位Hz,常见60Hz,其值取决于硬件。
  2. Frame Rate:帧频,GPU每秒可以绘制的帧数,单位fps,目前Android系统采用的是60fps,整体比较流畅,该值是动态的,如果当前页面静止,则GPU无绘制操作。
  3. 逐行扫描:显示器是从左到右,从上到下进行逐行扫描,顺序显示整屏的一个个像素点,以60Hz刷新率的屏幕为例,这一过程即 1000/60=16ms
  4. 画面撕裂(tearing):一个屏幕内的数据来自于两个不同的帧,产生错位的现象。


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画面撕裂产生原因

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GPU获取数据进行绘制,硬件将其输出转到屏幕上。其中,屏幕刷新频率固定,如16.6ms从buffer中取一帧数据,屏幕的刷新频率和帧率不一定会以同样的频率出现。实际上,帧率比刷新频率会快,buffer中的数据还没有被显示就被重写成新图片,所以buffer中的数据有可能来源于不同的帧,当屏幕刷新时,它并不知道buffer的状态,因此buffer抓取的帧,并不是完整的一帧画面,所以存在图像撕裂的情况。问题在于图像卡使用了内存的一部分来绘制图片。每一个新的帧都会覆盖上一帧,产生画面撕裂最本质的原因是 图像绘制和屏幕读取 使用的是同一个buffer。解决方法是双缓冲机制。

双缓冲机制

BackBuffer:GPU将完成的一帧图像数据写入到BackBuffer
FrameBuffer:显示器将FrameBuffer中的数据显示到屏幕上
当屏幕刷新时,FrameBuffer不变,BackBuffer准备就绪,它们进行交换。
FrameBuffer和BackBuffer交换的时机是怎样的?
当扫描完一个屏幕后,设备需要重新回到第一行以进入下一次循环,此时有一段时间是空闲的即VerticalBlankingInterval(VBI),交换的最佳时机。

VSYNC(垂直同步VerticalSynchronization)

利用VBI时期出现的Vertical Sync pulse(垂直同步脉冲)来保证双缓冲在最佳时间点才进行交换。另,交换是指各自的内存地址,可认为该操作是瞬间完成的。
V-sync 出现在早年的PC机领域。

Android屏幕的双缓存刷新机制

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参考文献

https://developer.android.com/topic/performance/vitals/render?hl=zh-cn 官方文档
https://www.youtube.com/watch?v=1iaHxmfZGGc YSYNC
https://cloud.tencent.com/developer/article/1685247 博客解释 缓冲机制

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