Android app性能优化解决卡慢顿之布局优化

前面博客分析了导致app卡顿慢的直接原因，这里就从原因出发，分析一些优化方案（这里主要是从直接影响渲染机制的布局相关进行分析）

1) Invalidations, Layouts, and Performance（动画，布局的优化）

顺滑精妙的动画是app设计里面最重要的元素之一，这些动画能够显著提升用户体验。下面会讲解Android系统是如何处理UI组件的更新操作的。

通常来说，Android需要把XML布局文件转换成GPU能够识别并绘制的对象。这个操作是在DisplayList的帮助下完成的。DisplayList持有所有将要交给GPU绘制到屏幕上的数据信息。

在某个View第一次需要被渲染时，DisplayList会因此而被创建，当这个View要显示到屏幕上时，我们会执行GPU的绘制指令来进行渲染。如果你在后续有执行类似移动这个View的位置等操作而需要再次渲染这个View时，我们就仅仅需要额外操作一次渲染指令就够了。然而如果你修改了View中的某些可见组件，那么之前的DisplayList就无法继续使用了，我们需要回头重新创建一个DisplayList并且重新执行渲染指令并更新到屏幕上。

需要注意的是：任何时候View中的绘制内容发生变化时，都会重新执行创建DisplayList，渲染DisplayList，更新到屏幕上等一系列操作。这个流程的表现性能取决于你的View的复杂程度，View的状态变化以及渲染管道的执行性能。举个例子，假设某个Button的大小需要增大到目前的两倍，在增大Button大小之前，需要通过父View重新计算并摆放其他子View的位置。修改View的大小会触发整个HierarcyView的重新计算大小的操作（特别是绘制动画时影响是很严重的）。如果是修改View的位置则会触发HierarchView重新计算其他View的位置。如果布局很复杂，这就会很容易导致严重的性能问题。我们需要尽量减少Overdraw。

我们可以通过前面介绍的Monitor GPU Rendering来查看渲染的表现性能如何，另外也可以通过开发者选项里面的Show GPU view updates来查看视图更新的操作，最后我们还可以通过HierarchyViewer这个工具来查看布局，使得布局尽量扁平化（层数尽量减少），移除非必需的UI组件，这些操作能够减少Measure，Layout的计算时间，制作动画时，运动元素与其父控件的关系要好好考虑，尽量在运动元素运动过程中，不会导致其父控件变化，否则就会导致父控件重绘，整个重绘可能影响到整个布局文件，这就是你做出的动画卡顿慢的可能原因之一。

2) Overdraw, Cliprect, QuickReject（过度绘制）

引起性能问题的一个很重要的方面是因为过多复杂的绘制操作。我们可以通过工具来检测并修复标准UI组件的Overdraw问题，但是针对高度自定义的UI组件则显得有些力不从心。

有一个窍门是我们可以通过执行几个APIs方法来显著提升绘制操作的性能。前面有提到过，非可见的UI组件进行绘制更新会导致Overdraw。例如Nav Drawer从前置可见的Activity滑出之后，如果还继续绘制那些在Nav Drawer里面不可见的UI组件，这就导致了Overdraw。为了解决这个问题，Android系统会通过避免绘制那些完全不可见的组件来尽量减少Overdraw。那些Nav Drawer里面不可见的View就不会被执行浪费资源（对于不需要用户看见的元素，设置属性为gone，这可以在一定程度上优化性能，这时与设置成invisable相比较的）。

但是不幸的是，对于那些过于复杂的自定义的View(重写了onDraw方法)，Android系统无法检测具体在onDraw里面会执行什么操作，系统无法监控并自动优化，也就无法避免Overdraw了。但是我们可以通过canvas.clipRect()来帮助系统识别那些可见的区域。这个方法可以指定一块矩形区域，只有在这个区域内才会被绘制，其他的区域会被忽视。这个API可以很好的帮助那些有多组重叠组件的自定义View来控制显示的区域。同时clipRect方法还可以帮助节约CPU与GPU资源，在clipRect区域之外的绘制指令都不会被执行，那些部分内容在矩形区域内的组件，仍然会得到绘制。

除了clipRect方法之外，我们还可以使用canvas.quickreject()来判断是否没和某个矩形相交，从而跳过那些非矩形区域内的绘制操作。做了那些优化之后，我们可以通过上面介绍的Show GPU Overdraw来查看效果。

3) Custom Views and Performance（自定义视图的优化）

Android系统有提供超过70多种标准的View，例如TextView，ImageView，Button等等。在某些时候，这些标准的View无法满足我们的需要，那么就需要我们自己来实现一个View，这节会介绍如何优化自定义View的性能。

通常来说，针对自定义View，我们可能犯下面三个错误：

·Useless calls to onDraw()：我们知道调用View.invalidate()会触发View的重绘，有两个原则需要遵守，第1个是仅仅在View的内容发生改变的时候才去触发invalidate方法，第2个是尽量使用ClipRect等方法来提高绘制的性能。

·Useless pixels：减少绘制时不必要的绘制元素，对于那些不可见的元素，我们需要尽量避免重绘。

·Wasted CPU cycles：对于不在屏幕上的元素，可以使用Canvas.quickReject把他们给剔除，避免浪费CPU资源。另外尽量使用GPU来进行UI的渲染，这样能够极大的提高程序的整体表现性能。

最后请时刻牢记，尽量提高View的绘制性能，这样才能保证界面的刷新帧率尽量的高。

4) Hidden Cost of Transparency（透明效果的隐藏性能消耗）

这小节会介绍如何减少透明区域对性能的影响。通常来说，对于不透明的View，显示它只需要渲染一次即可，可是如果这个View设置了alpha值，会至少需要渲染两次。原因是包含alpha的view需要事先知道混合View的下一层元素是什么，然后再结合上层的View进行Blend混色处理。

在某些情况下，一个包含alpha的View有可能会触发改View在HierarchyView上的父View都被额外重绘一次。下面我们看一个例子，下图演示的ListView中的图片与二级标题都有设置透明度。

大多数情况下，屏幕上的元素都是由后向前进行渲染的。在上面的图示中，会先渲染背景图(蓝，绿，红)，然后渲染人物头像图。如果后渲染的元素有设置alpha值，那么这个元素就会和屏幕上已经渲染好的元素做blend处理。很多时候，我们会给整个View设置alpha的来达到fading的动画效果，如果我们图示中的ListView做alpha逐渐减小的处理，我们可以看到ListView上的TextView等等组件会逐渐融合到背景色上。但是在这个过程中，我们无法观察到它其实已经触发了额外的绘制任务，我们的目标是让整个View逐渐透明，可是期间ListView在不停的做Blending的操作（由于listview的适配器中getview会频繁调用，除了listview会这样，还包括grideview也会），这样会导致不少性能问题。

如何渲染才能够得到我们想要的效果呢？我们可以先按照通常的方式把View上的元素按照从后到前的方式绘制出来，但是不直接显示到屏幕上，而是使用GPU预处理之后，再又GPU渲染到屏幕上，GPU可以对界面上的原始数据直接做旋转，设置透明度等等操作。使用GPU进行渲染，虽然第一次操作相比起直接绘制到屏幕上更加耗时，可是一旦原始纹理数据生成之后，接下去的操作就比较省时省力（其实是将cpu的事落到gpu上去做，并且由于gpu的纹理机制让整体性能提升）。

如何才能够让GPU来渲染某个View呢？我们可以通过setLayerType的方法来指定View应该如何进行渲染，从SDK 16开始，我们还可以使用ViewPropertyAnimator.alpha().withLayer()来指定。如下图所示：

另外一个例子是包含阴影区域的View，这种类型的View并不会出现我们前面提到的问题，因为他们并不存在层叠的关系。

为了能够让渲染器知道这种情况，避免为这种View占用额外的GPU内存空间，我们可以做下面的设置。

通过上面的设置以后，性能可以得到显著的提升，如下图所示：

总结一下：直接和渲染相关的就是布局文件，为了达到程序渲染最优，有几个原则1.布局层数尽量少（扁平化）。2，尽量避免过度渲染。3.尽量简化布局，4，经常变化的view的布局深度尽量低（每一次变化都会涉及上层及上上层控件的变化）。这是直接和渲染机制相关的布局，渲染还提出了要求，每一个功能相对单一的模块的执行时间尽量接近16ms（这时帧率为60fps），最多为32ms，若再多就会影响用户体验了，其实16ms是一帧不落的绘制了，从16ms到32ms这段时间丢帧了，但是没影响用户体验，但是大于32ms就很影响了，卡顿慢就出现了。至于这么缩短每个模块的时间，这个就得具体模块的来定了。这里的16ms和32ms是主线程的时间，所以一般耗时较大（例如网络请求，文件操作，以及数据库操作这些典型功能就算再优化，也很难将时间压缩到16ms），这种情况就可以使用额外的线程来处理这些任务栏了，有人可能就有疑问了，既然线程可以解决问题，那我就不用优化了，直接使用线程就好了，这种说法其实是有问题的，因为线程管理还是得占用cpu时间的，如果线程数很多，cpu管理的时间就会变多，值得注意的是渲染机制的第一步解析xml布局文件（测量绘制Display List）的工作还得cpu做呢，所以可能会出现一种情况就是把耗时任务都放在新线程里了，但是依旧还是卡顿慢。所以一般是优化后距离16ms这个标准还是相差很远的情况才使用新线程。

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