Android 之 GPU过度绘制与图形渲染优化

前言

本文主要对过度绘制和图形渲染做一个概念性的描述。

同时以案例方式列出一些简单适用的优化措施。

如果你已对过度绘制有过一些了解,那么你应该明白,仅是简单的层级优化对过度绘制的改善是很小的。所以,这时候你可以参考这篇文章:

优化Android过度绘制

另外如果你还想知道更多关于View优化原理,可以参考 Google 发布的 Android 性能优化典范

概念

GPU过度绘制

是指在一个像素点上绘制多次(超过一次)。举一个简单的例子:显示一个什么都没有做的activity界面算作画了1层,给activity加一个背景是第2层,在上面放了一个Text View(有背景的Text View)是第3层,Text View显示文本就是第4层 。

仅仅只是为了显示一个文本,却在同一个像素点绘制了四次,这是一定要优化的!

还有,过度绘制对动画性能的影响是极其严重的。如果你想要流畅的动画效果,那么一定不能忽视过度绘制!!

图形渲染优化

一个View的绘制过程:测量、布局、画图。三者的累积时间,就是一个View的最终绘制时间 。 过多的层级、无用的子节点父节点、过于依赖系统计算位置的布局属性(如: weight)。都会引起上述三个过程时间的增加。

关键点/字

  • 过渡绘制优化与图形渲染优化都其目的都是为了提供一个高效的UI。其目的相似,优化方式也有相同之处,所以一起进行总结。
  • 调试GPU过渡绘制颜色区域说明
    • 无/白色:绘制1次
    • 蓝色:绘制2次(理想状态)
    • 绿色:绘制3次
    • 浅红:绘制4次(要优化了)
    • 深红:绘制5次或5次以上。(必须要优化了)

 

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    • 调试Hierarchy Viewer 颜色说明下方三个原点从左到右:测量、布局、画图时间
      • 红色:该View所用时间超过大部分View很多
      • 黄色:该View所用时间超过大部分View
      • 绿色:该View所用时间低于大部分View

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  • 引起过度绘制的两个主要因素:层级与背景图片
    • 层级为透明时(不添加背景),不会引起过度绘制,但会引起测量、布局、画图时间的显著提高。
    • 改变View形状,也算是绘制一层。添加一个椭圆形的黑色背景,算作两层
    • 值得注意的是,背景图片的绘制是及其耗时的
  • 一个通常的错误观念就是使用基本的布局结构(例如:LinearLayout、FrameLayout等)能够在大多数情况下产生高效率的布局。
    • 浅层布局效率高于深层布局
    • 布局嵌套层数相同情况效率对比:LinearLayout ≈ FrameLayout > RelativeLayout
    • 基本的线性布局会导致过于累赘的层级嵌套结构。使用相对布局优化。
    • 但并不是所有情况下都应该用相对布局。(相对布局过于复杂,且通读性差)应考虑权衡关系。

优化措施

  • 在Theme中给activity增加背景。使用WindowBackground属性。背景的绘制是非常耗时的,在Theme中添加背景,不算绘制一层,并且View渲染时间减少很多。
  • 减少层级,没必要的背景图如果一个View和它所在的Layout的颜色相同,就不需要给两个都设置背景
  • 避免使布局太深,而应该让布局更浅更深用相对布局替换线性布局
  • 无用的子节点、父节点删除没有免费的午餐,性能优化最重要的一点便是:不要做多余的事情。举例:1.想要设置控件之间的间距,使用 margin 或 padding 之类的属性,而不是填充一个透明的TextView2.如果你需要的效果仅是一张图片加一串文字。那么不需要使用两个控件:TextView+ImageView. TextView一个控件足以。
  • 对于要被的布局,如果没有背景或Padding,使用 merge 标签作为根布局
  • 避免出现多个使用layout-weight属性的的LinearLayout。首先我们必须要承认layout-weight的灵活性,但在使用时,请再三考虑是否真的有必要。weight将导致大量的系统开销,每个子项目都要测量两次。
  • 合并作为根节点的帧布局(Framelayout)你需要知道的一个知识点:Activity或Fragment的默认根布局是FrameLayout。如果一个帧布局时布局文件中的根节点,而且它没有背景图片或者padding等。更有效的方式是使用标签替换该< Framelayout />标签 。
  • 使用组合控件首先说明的是,组合控件并不会减少过度绘制,也不会减少View的绘制时间。但它会让你的布局文件看起来非常的清晰。并且对于一些条状的控件。类似与下图这样的控件。当你需要给这样的控件添加点击事件时,你可能需要给一个layout,两个TextView都添加。使用组合控件包装你的view,既符合封装的特性,又可以减少代码量

重要的东西放到最后说:

  • 重绘控件,提前绘制控件背景与形状,使得View在放到界面上之前就已经画好。极为有效的避免过度绘制。说实话,直接使用原生控件很难避免过度绘制:一个Button,继承与TextView,所以直接就已经被绘制了两次(TextView一次,加Button背景第二次)那么这是你需要终极绝招:View提前绘制。不过需要你抉择的是,提前绘制是一项复杂的工作,所以在复杂布局中使用OK,过于简单的布局就没有必要了。且View提前绘制的适用场景是静态View(不会平凡变化的View)。楼主正在努力将提前绘制控件类库化,但目前较为遗憾的是,很难抽取提前绘制控件的相同点。不同需求画法是不一样的。

案例说明 – 登录界面

为了简化解说,我们使用登录界面作为案例。但对于 控件的提前绘制来说,在登录界面投入和产出并不等比,控件提前绘制,你应该关注复杂的界面,尤其是这复杂的界面上还有动画效果。

开启过度绘制检测后 ,上边是我们未经优化的界面。下边是QQ空间的登录界面。

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惊讶吗?没关系,我们也可以做到。

之后再看我们的UI层级图:

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下面我们一步步分析优化。

优化1

优化布局结构,解决过深的UI层级图,与无用的子节点

  • 过深的LinearLayout嵌套LinearLayout 嵌套LinearLayout 。并且通读性较差

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优化方案1:采用相对布局,使得布局变浅变宽。最大可以保证只有两层。

优化方案2:观察可以得知,布局整体大方向为垂直线性,采用组合控件(带小图标的输入框作为一个整体控件)加垂直线性布局。

无用的子节点:

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一个布局里只放了一个Button按钮,次布局为无用的子节点,去掉。

优化2

子view过久的测量时间。

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查看其代码:

android:layout_weight=”1” 属性导致过久的测量时间。

优化3

在Theme中给activity添加背景。减少一层绘制

优化4

重绘控件,提前为控件绘制背景或形状,在控件放到布局上时,就已经被绘制好。

这里代码量较大,我们放到另一篇文章中讲:

http://blog.csdn.net/u010255127/article/details/49702663

最终优化效果

没有红色,最高是绿色
(替换了一些控件和实现方式,不对本文所讲述的内容有影响,我们只看过度绘制检测)

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测试数据

【时间计算】 单位 /ms (测算时间受手机性能影响,数据较为不稳定,需多次测量)
原始状况:

在theme加背景

仅修改布局层次(去掉两个不必要透明布局)

替换自定义 提前绘制控件

结论

我们可以很清晰看到当我们把背景设置到Theme中时,View绘制时间减少的非常明显。
去掉不必要的布局和View,虽然效果甚微,但也减少了。

最后,虽然提前绘制控件并没有起到减少绘制时间的作用,甚至还稍加了一点时间(内存中绘图)。但减少了过度绘制,对界面运行的流畅度起到的作用非常大的。
另外,我们绘制逻辑还有很大优化的空间,这个任重而道远……

最后提一小点,WebView里面的Html页面,过度绘制是检测不到的,也就是说,如果你的Html页面里叠加了100层,那过度绘制检测看起来也是一层。

我所认为的是:对Android系统来说,WebView是一个单层的View,所以不会涉及到过度绘制,但是对于WebView本身来说,View树过深也是有性能问题的。

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