Android之GPU过度绘制与图形渲染优化

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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）

  • 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

      调试Hierarchy Viewer颜色说明

  • 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TextView

    2.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。

图片名称

图片名称

惊讶吗？没关系，我们也可以做到。

之后再看我们的UI层级图：

这里写图片描述

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

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：

这里写图片描述

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。

这里写图片描述

查看其代码：

<com.envision.mobile.ui.widget.EditView    
    android:id="@+id/login_name"    
    android:layout_width="0dp"    
    android:layout_height="wrap_content"   
    android:layout_gravity="center_vertical"    
    android:layout_marginRight="8dip"   
    android:layout_weight="1"    
    android:background="@null"       
    android:hint="@string/hint_login_name"    
    android:imeOptions="actionNext"    
    android:paddingBottom="8dip"   
    android:singleLine="true"   
    android:textColor="@color/white"   
    android:textColorHint="@color/white_trans_88"    
    android:textCursorDrawable="@null" />

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

<style name="AppTheme" parent="AppBaseTheme">
    <item name="android:windowBackground">
    @drawable/bg_homepage
    </item>
</style>

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）

这里写图片描述

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：

onCreate 到 onStart ： 381  370 
onCreate 到 onResume ：383  373
onStart 到 onResume ： 2     3

在theme加背景

onCreate 到 onStart ： 274  295
onCreate 到 onResume ：277  298
onStart 到 onResume ：  3    3

仅修改布局层次(去掉两个不必要透明布局)

onCreate 到 onStart ： 272   276
onCreate 到 onResume ：274  279
onStart 到 onResume ：  2     3

替换自定义 提前绘制控件

onCreate 到 onStart ：  289  299  294
onCreate 到 onResume ：  292 302  296
onStart 到 onResume ：   3    3    2

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。