Android 卡顿优化 2 渲染优化

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。

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：

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。

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