Android性能优化 _ 大图做帧动画卡？优化帧动画之 SurfaceView滑动窗口式帧复用

(ps：粗斜体表示引导方案逐步进化的关键点)

SurfaceView逐帧解析 & 帧复用

简单回顾下上一篇的内容：原生帧动画在播放前解析所有帧，对内存压力大。SurfaceView可以精细地控制帧动画每一帧的绘制，在每一帧绘制前才解析当前帧，且解析后续帧时复用前帧内存空间。遂整个过程在内存只申请了一帧图片大小的空间。下面罗列了一些关键代码：

基类：定义绘制框架
public abstract class BaseSurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {
…
//绘制线程
private HandlerThread handlerThread;
private Handler handler;

@Override
public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
startDrawThread();
}

private void startDrawThread() {
handlerThread = new HandlerThread(“SurfaceViewThread”);
handlerThread.start();
handler = new Handler(handlerThread.getLooper());
handler.post(new DrawRunnable());
}

private class DrawRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
canvas = getHolder().lockCanvas();
//绘制一帧，包括解码+绘制帧
onFrameDraw(canvas);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
getHolder().unlockCanvasAndPost(canvas);
onFrameDrawFinish();
}
//若onFrameDraw()执行超时，会导致下一帧的绘制被推后，预定的帧时间间隔不生效
handler.postDelayed(this, frameDuration);
}
}

protected abstract void onFrameDraw(Canvas canvas);
}

//帧动画绘制类：将绘制内容具体化为一张Bitmap
public class FrameSurfaceView extends BaseSurfaceView {
…
private BitmapFactory.Options options;

@Override
protected void onFrameDraw(Canvas canvas) {
clearCanvas(canvas);
if (!isStart()) {
return;
}
if (!isFinish()) {
//绘制一帧
drawOneFrame(canvas);
} else {
onFrameAnimationEnd();
}
}

private void drawOneFrame(Canvas canvas) {
//解析帧
frameBitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), bitmaps.get(bitmapIndex), options);
//复用帧
options.inBitmap = frameBitmap;
//绘制帧
canvas.drawBitmap(frameBitmap, srcRect, dstRect, paint);
bitmapIndex++;
}
…
}

对比图片解析速度

对于素材在 100k 以下的帧动画，上一篇的逐帧解析方案完全能够胜任。但如果素材是几百k，时间性能就不如预期。

掘友“小前锋”问：“你的方案有测试过大图吗？比如1024*768px”

在逐帧解析SurfaceView上试了下这个大小的帧动画，虽然播放过程很连续，但 600ms 的帧动画被放成了 1s。因为预定义的每帧播放时间被解码时间拉长了。

有没有比BitmapFactory.decodeResource()更快的解码方式？

于是乎对比了各种图片解码的速度，其中包括BitmapFactory.decodeStream()、BitmapFactory.decodeResource()、并分别将图片放到res/raw、res/drawable、及assets，还在 GitHub 上发现了RapidDecoder这个库（兴奋不已！）。自定义了测量函数执行时间的工具类：

public class MethodUtil {
//测量并打印单次函数执行耗时
public static long time(Runnable runnable) {
long start = SystemClock.elapsedRealtime();
runnable.run();
long end = SystemClock.elapsedRealtime();
long span = end - start;
Log.v(“ttaylor”, “MethodUtil.time()” + " time span = " + span + " ms");
return span;
}
}

public class NumberUtil {
private static long total;
private static int times;
private static String tag;

//统计并打印多次执行时间的平均值
public static void average(String tag, Long l) {
if (!TextUtils.isEmpty(tag) && !tag.equals(NumberUtil.tag)) {
reset();
NumberUtil.tag = tag;
}
times++;
total += l;
int average = total / times ;
Log.v(“ttaylor”, "Average.average() " + NumberUtil.tag + " average = " + average);
}

private static void reset() {
total = 0;
times = 0;
}
}

经多次测试取平均值，执行时间最长的是BitmapFactory.decodeResource()，最短的是用BitmapFactory.decodeStream()解析assets图片，后者只用了前者一半时间。而RapidDecoder库的时间介于两者之间（失望至极~），不过它提供了一种边解码边绘制的技术号称比先解码再绘制要快，还没来得及试。

虽然将解码时间减半了，但解码一张 1MB 图片还是需要 60+ms，仍不能满足时间性能要求。

独立解码线程

现在的矛盾是图片解析速度慢于图片绘制速度，如果解码和绘制在同一个线程串行的进行，那解码势必会拖慢绘制效率。

可不可以将解码图片放在一个单独的线程中进行？

在上一篇FrameSurfaceView的基础上新增了独立解码线程：

public class FrameSurfaceView extends BaseSurfaceView {
…
//独立解码线程
private HandlerThread decodeThread;
//解码算法写在这里面
private DecodeRunnable decodeRunnable;

//播放帧动画时启动解码线程
public void start() {
decodeThread = new HandlerThread(DECODE_THREAD_NAME);
decodeThread.start();
handler = new Handler(decodeThread.getLooper());
handler.post(decodeRunnable);
}

private class DecodeRunnable implements Runnable {

@Override
public void run() {
//在这里解码
}
}
}

这样一来，基类中有独立的绘制线程，而子类中有独立的解码线程，解码速度不再影响绘制速度。

新的问题来了：图片被解码后存放在哪里？

生产者 & 消费者

存放解码图片的容器，会被两个线程访问，绘制线程从中取图片（消费者），解码线程往里存图片（生产者），需考虑线程同步。第一个想到的就是LinkedBlockingQueue，于是乎在FrameSurfaceView中新增了大小为 1 的阻塞队列及存取操作：

public class FrameSurfaceView extends BaseSurfaceView {
…
//解析队列：存放已经解析帧素材
private LinkedBlockingQueue decodedBitmaps = new LinkedBlockingQueue<>(1);
//记录已绘制的帧数
private int frameIndex ;

//存解码图片
private void putDecodedBitmap(int resId, BitmapFactory.Options options) {
Bitmap bitmap = decodeBitmap(resId, options);
try {
decodedBitmaps.put(bitmap);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

//取解码图片
private Bitmap getDecodedBitmap() {
Bitmap bitmap = null;
try {
bitmap = decodedBitmaps.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return bitmap;
}

//解码图片
private Bitmap decodeBitmap(int resId, BitmapFactory.Options options) {
options.inScaled = false;
InputStream inputStream = getResources().openRawResource(resId);
return BitmapFactory.decodeStream(inputStream, null, options);
}

private void drawOneFrame(Canvas canvas) {
//在绘制线程中取解码图片并绘制
Bitmap bitmap = getDecodedBitmap();
if (bitmap != null) {
canvas.drawBitmap(bitmap, srcRect, dstRect, paint);
}
frameIndex++;
}

private class DecodeRunnable implements Runnable {
private int index;
private List bitmapIds;
private BitmapFactory.Options options;

public DecodeRunnable(int index, List bitmapIds, BitmapFactory.Options options) {
this.index = index;
this.bitmapIds = bitmapIds;
this.options = options;
}

@Override
public void run() {
//在解码线程中解码图片
putDecodedBitmap(bitmapIds.get(index), options);
index++;
if (index < bitmapIds.size()) {
handler.post(this);
} else {
index = 0;
}
}
}
}

绘制线程在每次绘制之前调用阻塞的take()从解析队列的队头拿帧图片，解码线程不断地调用阻塞的put()往解析队列的队尾存帧图片。
虽然assets目录下的图片解析速度最快，但res/raw目录的速度和它相差无几，为了简单起见，这里使用了openRawResource读取res/raw中的图片。
虽然解码和绘制分别在不同线程，但如果存放解码图片容器大小为 1 ，绘制进程必须等待解码线程，绘制速度还是会被解码速度拖累，看似互不影响的两个线程，其实相互牵制。

滑动窗口机制 & 预解析

为了让速度不同的生产者和消费者更流畅的协同工作，必须为速度较快的一方提供缓冲。

就好像 TCP 拥塞控制中的滑动窗口机制，发送方产生报文的速度快于接收方消费报文的速度，遂发送方不必等收到前一个报文的确认再发送下一个报文。

对于当前 case ，需要将存放图片容器增大，并在帧动画开始前预解析前几帧存入解析队列。

public class FrameSurfaceView extends BaseSurfaceView {
…
//下一个该被解析的素材索引
private int bitmapIdIndex;
//帧动画素材容器
private List bitmapIds = new ArrayList<>();
//大小为3的解析队列
private LinkedBlockingQueue decodedBitmaps = new LinkedBlockingQueue<>(3);

//传入帧动画素材
public void setBitmapIds(List bitmapIds) {
if (bitmapIds == null || bitmapIds.size() == 0) {
return;
}
this.bitmapIds = bitmapIds;
preloadFrames();
}

//预解析前几帧
private void preloadFrames() {
//解析一帧并将图片入解析队列
putDecodedBitmap(bitmapIds.get(bitmapIdIndex++), options);
putDecodedBitmap(bitmapIds.get(bitmapIdIndex++), options);
}
}

独立解码线程、滑动窗口机制、预加载都已 code 完毕。运行一把代码（坐等惊喜~）。

居然流畅的播起来了！兴奋的我忍不住播了好几次。。。打开内存监控一看（头顶竖下三条线），一夜回到解放前：每播放一次，内存中就会新增 N 个Bitmap对象（N为帧动画总帧数）。

原来重构过程中，将解码时的帧复用逻辑去掉了。当前 case 中，帧复用也变得复杂起来。

复用队列

当解码和绘制是在一个线程中串行进行，且只有一帧被复用，只需这样写代码就能实现帧复用：

private void drawOneFrame(Canvas canvas) {
frameBitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), bitmaps.get(bitmapIndex), options);
//复用上一帧Bitmap的内存
options.inBitmap = frameBitmap;
canvas.drawBitmap(frameBitmap, srcRect, dstRect, paint);
bitmapIndex++;
}

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(frameBitmap, srcRect, dstRect, paint);
bitmapIndex++;
}

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