Android(安卓)APP UI卡顿的原理

一、卡顿（Jank）的定义

Android团队把滞缓，不流畅的动画定义为卡顿（jank），一般是由于丢帧引起的。从Android诞生的第一天直到现在的8核CPU，Android始终未能摆脱卡顿的问题。在Android APP的性能测试中卡顿测试是非常重要的一部分。

二、Android的"16ms"原则

Android系统每隔16ms会发出VSYNC信号重绘我们的界面(Activity)。为什么是16ms，因为Android设定的刷新率是60FPS(Frame Per Second)，也就是每秒60帧的刷新率, 约16ms刷新一次。这就意味着,，我们需要在16ms内完成下一次要刷新的界面的相关运算,，以便界面刷新更新。举个例子，当运算需要24ms完成时，16ms时就无法正常刷新了，而需要等到32ms时刷新，这就是丢帧了。丢帧越多，给用户的感觉就越卡顿。

三、卡顿的原因分析

我们知道，对于APP的每一个View，Android系统都会通过三个步骤来渲染：Measure（测量）、Layout（布局）和Draw（绘制）。measure从最顶部的节点开始，顺着layout树形结构依次往下测量每个view需要在屏幕中展示的尺寸大小。每个子节点都需要向父节点提供自己的尺寸来决定展示的位置，遇到冲突时，父节点可以强制子节点重新measure（可能导致时间消耗为原来的2-3倍）。因此扁平化的view结构会性能更好。

RelativeLayouts经常需要measure所有子节点两次才能把子节点合理的布局。如果子节点设置了weights属性，LinearLayouts也需要measure这些节点两次，才能获得精确的展示尺寸。如果LinearLayouts或者RelativeLayouts被套嵌使用，measure所费时间可能会呈指数级增长。

一旦view开始被measure，该view所有的子view都会被重新layout，再把该view传递给它的父view，如此重复一直到最顶部的根view。layout完成之后，所有的view都被渲染到屏幕上。需要特别注意到是，并不是只有用户看得见的view才会被渲染，所有的view都会。APP拥有的views越多，measure，layout，draw所花费的时间就越久。要缩短这个时间，关键是保持view的树形结构尽量扁平，而且要移除所有不需要渲染的view。移除这些view会对加速屏幕渲染产生明显的效果。理想情况下，总共的measure，layout，draw时间应该被很好的控制在16ms以内，以保证滑动屏幕时UI的流畅。

对于布局的检查，我们可以通过Hierarchy Viewer来检查。Hierarchy Viewer不仅可以很方便可视化的查看屏幕上套嵌的view结构，还可以点击任何一个view来展示子view的数量，和measure, layout, draw的耗时。Hierarchy Viewer还可以帮助发现overdraw（重复的绘制）。

Overdraw用来描述一个像素在屏幕上多少次被重绘在一帧上。通俗的说：理想情况下，每屏每帧上，每个像素点应该只被绘制一次，如果有多次绘制，就是overdraw。多次的重新绘制屏幕会使得绘制延迟变大，最终导致卡顿。overdraw还带来另一个问题，当view内容有更新的时候，之前绘制的view就失效了，view的每一个像素都需要重绘。Android设备没法判断哪个view是可见的，所以只能绘制每个view的相关像素。如果APP有很多层，每一层的相关像素都需要绘制一遍，一不小心，就会带来性能问题。

Android提供了一些很好的工具来检测overdraw。Jelly Bean 4.2里，开发者选项菜单里增加了Debug GPU Overdraw的选项。选择“Show Overdraw areas”选项之后，会在app的不同区域覆盖不同的颜色来表示overdraw的次数。比较屏幕上这些不同的颜色，可以快速方便的定位overdraw问题：

原色: 没有overdraw

蓝色: 1次overdraw

绿色: 2次overdraw

粉色: 3次overdraw

红色: 4次及4次以上的overdraw

在KitKat或者更新的设备里，overdraw被大幅度的削减了。这项技术叫overdraw avoidance，系统可以检测发现简单的overdraw场景（比如一个view完全盖住了另一个view），然后自动移除额外的绘制。这很明显会极大的提高设备的绘制性能。但开发者还是要尽可能的避免额外的overdraw（为了更好的性能，也为了能兼容Jelly Bean及更老的设备）。Jelly Bean 4.3 或者 KitKat 设备，在屏幕的左下角会有一个计数展示屏幕overdraw的程度。这个工具对检测overdraw十分有效。当使用这个检测工具时，KitKat的overdraw avoidance功能会被禁止。

参考链接：

http://mrpeak.cn/android/2016/01/11/android-performance-ui

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