androidUI卡顿原理分析及Vsync信号机制

一、UI卡顿定义 

1、用户角度:app操作界面刷新缓慢,响应不及时;界面滑动不够流畅; 

2、系统角度:屏幕刷新帧率不稳定,掉帧严重,无法保证每秒60帧,导致屏幕画面撕裂; 

二、UI卡顿常见原因分析以及处理方案 

1、过度绘制: 

原因:界面布局设计不合理或者过于复杂导致系统无法在16毫秒内完成渲染,view过度绘制导致CPU或者GPU负载过重,View频繁触发measure、layout操作,导致measure、layout累计耗时严重以及整个View错误的频繁重新渲染; 

方案:优化界面布局,使界面布局视图扁平化,去除不必要的背景颜色,减少透明色的使用; 

方案依据原理:尽量减少View在系统中measure、layout、draw的累计时间; 

2、UI线程的复杂运算 

原因:UI主线程运算耗时 

方案:减少UI线程中数据运算,使用子线程处理耗时任务 

3、频繁GC 

原因:(1)、内存抖动;(2)、瞬间产生大量对象,消耗内存; 

方案:尽量避免在循环逻辑或者onDraw方法中频繁创建新对象和使用局部变量; 

三、android Vsync机制 

1、什么是Vsync ? 

Vsync 是Vertical Synchronization(垂直同步)的缩写,是一种在PC上很早就广泛使用的技术,可以简单的把它认为是一种定时中断。而在Android 4.1(JB)中已经开始引入VSync机制,用来同步渲染,让AppUI和SurfaceFlinger可以按硬件产生的VSync节奏进行工作。 

2、Android屏幕刷新过程 

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号,触发对UI进行渲染,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。 

3、没有使用Vsync的情况 


可见vsync信号没有提醒CPU/GPU工作的情况下,在第一个16ms之内,一切正常。然而在第二个16ms之内,几乎是在时间段的最后CPU才计算出了数据,交给了Graphics Driver,导致GPU也是在第二段的末尾时间才进行了绘制,整个动作延后到了第三段内。从而影响了下一个画面的绘制。这时会出现Jank(闪烁,可以理解为卡顿或者停顿)。这时候CPU和GPU可能被其他操作占用了,这就是卡顿出现的原因; 

4、使用Vsync同步 


CPU/GPU接收vsync信号,Vsync每16ms一次,那么在每次发出Vsync命令时,CPU都会进行刷新的操作。也就是在每个16ms的第一时间,CPU就会响应Vsync的命令,来进行数据刷新的动作。CPU和GPU的刷新时间,和Display的FPS是一致的。因为只有到发出Vsync命令的时候,CPU和GPU才会进行刷新或显示的动作。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,保证画面的流畅; 

5、多级缓冲 

Android除了使用Vsync机制,还使用了多级缓冲的策略来优化屏幕显示,如双重缓冲(A + B),当Display buffer A 数据时,CPU/GPU就已经在buffer B 中处理下一帧要显示的数据了。 


可是,当系统资源紧张性能降低时,导致GPU在处理某帧数据时太耗时,在Vsync信号到来时,buffer B的数据还没准备好,此时不得不显示buffer A的数据,这样导致后面CPU/GPU没有新的buffer准备数据,空白时间无事可做,后面Jank频出


因此采用三级缓冲来解决系统对性能不稳定导致的卡顿


当出现上面所述情况后,新增一个buffer C 可以减少CPU和GPU在Vsync同步间的空白间隙,此时CPU/GPU能够利用buffer C 继续工作,后面buffer A 和 buffer B 依次处理下一帧数据。这样仅是产生了一个Jank,可以忽略不计,以后的流程就顺畅了。 

注:在多数正常情况下还是使用二级缓冲机制,三级缓冲只是在需要的时候才使用;

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