Android UI性能优化实战识别绘制中的性能问题

时间 2019-11-25

原文原文链接

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】java

一、概述

2015年初google发布了Android性能优化典范，发了16个小视频供你们欣赏，当时我也将其下载，经过微信公众号给你们推送了百度云的下载地址（地址在文末，ps:欢迎你们订阅公众号），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你们展现如何去识别、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你们最关注的渲染的性能优化（~~渲染就是把东西绘制到屏幕上）。android

ps:本博客全部案例可能并不会彻底按照Google给出的例子，由于范例代码比较多且很差在博客中展现，因此基本代码都会通过调整，但表达的意思不会变。git

二、 Android渲染机制

你们本身编写App的时候，有时会感受界面卡顿，尤为是自定义View的时候，大多数是由于布局的层次过多，存在没必要要的绘制，或者onDraw等方法中过于耗时。那么究竟须要多快，才能给用户一个流畅的体验呢？那么就须要简单了解下Android的渲染机制，一图胜千言：github

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，那么整个过程若是保证在16ms之内就能达到一个流畅的画面。那么若是操做超过了16ms就会发生下面的状况：canvas

若是系统发生的VSYNC信号，而此时没法进行渲染，还在作别的操做，那么就会致使丢帧的现象，（你们在察觉到APP卡顿的时候，能够看看logcat控制太，会有drop frames相似的警告）。这样的话，绘制就会在下一个16ms的时候才进行绘制，即便只丢一帧，用户也会发现卡顿的~~（ps:上面标识不该该是32ms么，咋是34ms，难道我错过了什么）。安全

好了，不少朋友会不会奇怪为何是16ms，16ms意味着着1000/60hz，至关于60fps，那么只要解释为何是60fps，好在这个问题，网上有解答：性能优化

这是由于人眼与大脑之间的协做没法感知超过60fps的画面更新。12fps大概相似手动快速翻动书籍的帧率，这明显是能够感知到不够顺滑的。24fps使得人眼感知的是连续线性的运动，这实际上是归功于运动模糊的
效果。24fps是电影胶圈一般使用的帧率，由于这个帧率已经足够支撑大部分电影画面须要表达的内容，同时可以最大的减小费用支出。可是低于30fps是
没法顺畅表现绚丽的画面内容的，此时就须要用到60fps来达到想要的效果，固然超过60fps是没有必要的（听说Dart可以带来120fps的体验）。本引用来源：Google 发布 Android 性能优化典范 - 开源中国社区微信

好了，有了对Android渲染机制基本的认识之后，那么咱们的卡顿的缘由就在于没有办法在16ms内完成该完成的操做，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协做完成，下面一张图很好的展现出了CPU和GPU的工做，以及潜在的问题，检测的工具和解决方案。markdown

若是你对上图感到不理解，不要紧，你只要知道问题：app

经过Hierarchy Viewer去检测渲染效率，去除没必要要的嵌套
经过Show GPU Overdraw去检测Overdraw，最终能够经过移除没必要要的背景以及使用canvas.clipRect解决大多数问题。

若是你还以为不能理解，不要紧，文本毕竟是枯燥的，那么结合实例来展现优化的过程。

三、Overdraw的检测

对于性能优化，那么首先确定是去发现问题，那么对么overdraw这个问题，仍是比较容易发现的。
按照如下步骤打开Show GPU Overrdraw的选项：

设置 -> 开发者选项 -> 调试GPU过分绘制 -> 显示GPU过分绘制

好了，打开之后呢，你会发现屏幕上有各类颜色，此时你能够切换到须要检测的程序，对于各个色块，对比一张Overdraw的参考图：

那么若是你发现你的app上深红色的色块比较多，那么可能就要注意了，接下来就开始说若是遇到overdraw的状况比较严重咱们该则么处理。

四、Overdraw 的处理方案一：移除没必要要的background

下面看一个简单的展现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;
    }


}

如今的效果是：

注意，咱们的需求是总体是Activity是个白色的背景。

开启Show GPU Overdraw之后：

对比上面的参照图，能够发现一个简单的ListView展现Item，居然不少地方被过分绘制了4X 。那么，其实主要缘由是因为该布局文件中存在不少没必要要的背景，仔细看上述的布局文件，那么开始移除吧。

没必要要的Background 1

咱们主布局的文件已是background为white了，那么能够移除ListView的白色背景
没必要要的Background 2

Item布局中的LinearLayout的android:background="@android:color/darker_gray"
没必要要的Background 3

Item布局中的RelativeLayout的android:background="@android:color/white"
没必要要的Background 4

Item布局中id为id_msg的TextView的android:background="@android:color/white"

这四个没必要要的背景也比较好找，那么移除后的效果是：

对比以前的是否是好多了~~~接下来还存在一些没必要要的背景，你还能找到吗？

没必要要的Background 5

这个背景比较难发现，主要须要看Adapter的getView的代码，上述代码你会发现，首先为每一个icon设置了背景色（主要是当没有icon图的时候去显示），而后又设置了一个头像。那么就形成了overdraw，有头像的彻底不必去绘制背景，全部修改代码：

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，这个也是很是容易被忽略的。

没必要要的Background 6

记得咱们以前说，咱们的这个Activity要求背景色是白色，咱们的确在layout中去设置了背景色白色，那么这里注意下，咱们的Activity的布局最终会添加在DecorView中，这个View会中的背景是否是就没有必要了，因此咱们但愿调用mDecor.setWindowBackground(drawable);，那么能够在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，咱们一共找出了6个没必要要的背景，如今再看最后的Show GPU Overdraw 与最初的比较。

ok，对比参照图，基本已经达到了最优的状态。

五、Overdraw 的处理方案二：clipRect的妙用

咱们在自定义View的时候，常常会因为疏忽形成不少没必要要的绘制，好比你们看下面这样的图：

多张卡片叠加，那么若是你是一张一张卡片从左到右的绘制，效果确定没问题，可是叠加的区域确定是过分绘制了。
而且material design对于界面设计的新的风格更容易形成上述的问题。那么有什么好的方法去改善呢？
答案是有的，android的Canvas对象给咱们提供了很便利的方法clipRect就能够很好的去解决这类问题。

下面经过一个实例来展现，那么首先看一个效果图：

左边显示的时效果图，右边显示的是开启Show Override GPU以后的效果，能够看到，卡片叠加处明显的过分渲染了。 (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));
    }
}

那么你们能够考虑下如何去优化，其实很明显哈，咱们上面已经说了使用cliprect方法，那么咱们目标直指
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，除了最后一张须要完整的绘制，其余的都只须要绘制部分；因此咱们在循环的时候，给i到n-1都添加了clipRect的代码。

最后的效果图：

能够看到，全部卡片变为了淡紫色，对比参照图，都是1X过分绘制，那么是由于个人View添加了一个
ff00ff00的背景，能够说明已是最优了。

若是你按照上面的修改，会发现最终效果图不是淡紫色，而是青色（2X），那是为何呢？由于你还忽略了
一个优化的地方，本View已经有了不透明的背景，彻底能够移除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，那么这类问题主要多是你的XML层级过多致使的，固然也有很好的工具能够用来检测，那么就是Hierarchy Viewer。

六、减小没必要要的层次：巧用Hierarchy Viewer

一、Hierarchy Viewer工具简介

Android SDK中包含这个工具，不过你们确定也不陌生了~~~

那么就简单说一下它在哪，如何使用，以及真机没法使用该工具该怎么解决。

Hierarchy Viewer在哪？

本博客使用IDE为Android Studio，那么只须要按照下图步骤便可找到：

其余IDE的兄弟，找到这个确定没问题，不过仍是建议慢慢的转向AS。

如何使用？

一图胜千言：

关注下，全部框住的区域~~

没法链接真机调试怎么办？

若是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只能链接Android开发版手机或是模拟器

看来的确是存在这样的问题了，而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，能够下载下来导入到IDE中，里面有个ViewServer的类，类注释上也标注了用法，在你但愿调试的Activity如下该三个方法中，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行之后，手机运行至该Activity，重启下Android Device Moniter，而后就ok了，我就是这种方法调试的，哈~~

二、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讲明问题。
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);
    }
}

能够看到咱们的Activity里面添加了ViewServer相关的几行代码。
而后手机打开此Activity，打开Android Device Moniter，切换到Hierarchy Viewer视图，能够看到：

点击LinearLayout，而后点击Profile Node，你会发现全部的子View上面都有了3个圈圈，
（取色范围为红、黄、绿色），这三个圈圈分别表明measure 、layout、draw的速度，而且你也能够看到实际的运行的速度，若是你发现某个View上的圈是红色，那么说明这个View相对其余的View，该操做运行最慢，注意只是相对别的View，并非说就必定很慢。

红色的指示能给你一个判断的依据，具体慢不慢仍是须要你本身去判断的。

好了，上面的布局文件展现了ListView的Item的编写的两个版本，一个是Linearlayout嵌套的，一个是RelativeLayout的。上图也能够看出Linearlayout的版本相对RelativeLayout的版本要慢不少（请屡次点击Profile Node取样）。便可说明RelativeLayout的版本更优于RelativeLayout的写法，而且Hierarchy Viewer能够帮助咱们发现相似的问题。

恩，对了，第一个例子里面的ListView的Item的写法就是Liearlayout嵌套的，你们有兴趣能够修改成RelativeLayout的写法的~~~

到此咱们就介绍完成了如何去对Android渲染进行优化，若是你的app有卡顿的状况，能够经过使用上述的工具首先去检测收集数据，而后按照上面提供的方法进行优化~~have a nice day ~~

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