Android UI性能优化实战识别绘制中的性能问题

2022-04-12 02:03:45

转载请标明出处：

http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/45556391；

本文出自:【张鸿洋的博客】

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（~~渲染就是把东西绘制到屏幕上）。

ps:本博客所有案例可能并不会完全按照Google给出的例子，因为范例代码比较多且不好在博客中展示，所以基本代码都会经过调整，但表达的意思不会变。

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：

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，（大家在察觉到APP卡顿的时候，可以看看logcat控制太，会有drop frames类似的警告）。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~~（ps:上面标识不应该是32ms么，咋是34ms，难道我错过了什么）。

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，好在这个问题，网上有解答：

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）。本引用来源：Google 发布 Android 性能优化典范 - 开源中国社区

好了，有了对Android渲染机制基本的认识以后，那么我们的卡顿的原因就在于没有办法在16ms内完成该完成的操作，而主要因素是在于没有必要的layouts、invalidations、Overdraw。渲染的过程是由CPU与GPU协作完成，下面一张图很好的展示出了CPU和GPU的工作，以及潜在的问题，检测的工具和解决方案。

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：

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

<?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<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;

            }

        });

    }

}

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<Droid> generateDatas()

    {

        List<Droid> datas = new ArrayList<Droid>();

        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：

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：

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：

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 UI性能优化实战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：

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 UI性能优化实战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：

 * <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>

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

<?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：

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~~have a nice day ~~

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码农公寓

Android UI性能优化实战识别绘制中的性能问题

1、概述

2、 Android渲染机制

3、Overdraw的检测

4、Overdraw 的处理方案一：移除不必要的background

5、Overdraw 的处理方案二：clipRect的妙用

6、减少不必要的层次：巧用Hierarchy Viewer

1、Hierarchy Viewer工具简介

2、优化案例

参考链接

码农公寓

1、概述

2、 Android渲染机制

3、Overdraw的检测

4、Overdraw 的处理方案一：移除不必要的background

5、Overdraw 的处理方案二：clipRect的妙用

6、减少不必要的层次：巧用Hierarchy Viewer

1、Hierarchy Viewer工具简介

2、优化案例

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