Android性能優化之如何避免Overdraw

什麼是Overdraw?

Overdraw就是過度繪製,是指在一幀的時間內(16.67ms)像素被繪製了多次,理論上一個像素每次只繪製一次是最優的,但是由於重疊的佈局導致一些像素會被多次繪製,而每次繪製都會對應到CPU的一組繪圖命令和GPU的一些操作,當這個操作耗時超過16.67ms時,就會出現掉幀現象,也就是我們所說的卡頓,所以對重疊不可見元素的重複繪製會產生額外的開銷,需要儘量減少Overdraw的發生。
Android提供了測量Overdraw的選項,在開發者選項-調試GPU過度繪製(Show GPU Overdraw),打開選項就可以看到當前頁面Overdraw的狀態,就可以觀察屏幕的繪製狀態。該工具會使用三種不同的顏色繪製屏幕,來指示overdraw發生在哪裏以及程度如何,其中:
沒有顏色: 意味着沒有overdraw。像素只畫了一次。
藍色: 意味着overdraw 1倍。像素繪製了兩次。大片的藍色還是可以接受的(若整個窗口是藍色的,可以擺脫一層)。
綠色: 意味着overdraw 2倍。像素繪製了三次。中等大小的綠色區域是可以接受的但你應該嘗試優化、減少它們。
淺紅: 意味着overdraw 3倍。像素繪製了四次,小範圍可以接受。
暗紅: 意味着overdraw 4倍。像素繪製了五次或者更多。這是錯誤的,要修復它們。


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那麼我們怎麼來消滅overdraw呢?總的原則就是:儘量避免重疊不可見元素的繪製,基於這個原則,我們大概可以想出以下幾招:

第一招:合理選擇控件容器

既然overdraw是因爲重複繪製了同一片區域的像素點,那我們首先想到的是解決佈局問題。Android提供的Layout控件主要包括LinearLayout、TableLayout、FrameLayout、RelativeLayout。俗話說條條大路通羅馬,同一個界面我們可以使用不同的容器控件來表達,但是各個容器控件描述界面的複雜度是不一樣的。一般來說LinearLayout最易,RelativeLayout較複雜。但是尺有所短,寸有所長,LinearLayout只能用來描述一個方向上連續排列的控件,而RelativeLayout幾乎可以用於描述任意複雜度的界面。但是我又要說但是了,表達能力越強的容器控件,性能往往略低一些,因爲系統需要將更多的時間花在計算子控件的位置上。綜上所述:LinearLayout易用,效率高,表達能力有限。RelativeLayout複雜,表達能力強,效率稍遜。
那麼對於同一界面而言,作爲開發者考慮是使用盡量少的、表達能力強的RelativeLayout作爲容器,還是選擇多個、表達能力稍弱的LinearLayout來展示。從減少overdraw的角度來看,LinearLayout會增加控件數的層級,自然是RelativeLayout更優,但是當某一界面在使用LinearLayout並不會比RelativeLayout帶來更多的控件數和控件層級時,LinearLayout則是首選。所以在表達界面的時候,作爲一個有前瞻性的開發者要根據實際情況來選擇合適容器控件,在保證性能的同時,儘量避免overdraw。

第二招:去掉window的默認背景

當我們使用了Android自帶的一些主題時,window會被默認添加一個純色的背景,這個背景是被DecorView持有的。當我們的自定義佈局時又添加了一張背景圖或者設置背景色,那麼DecorView的background此時對我們來說是無用的,但是它會產生一次Overdraw,帶來繪製性能損耗。
去掉window的背景可以在onCreate()中setContentView()之後調用

getWindow().setBackgroundDrawable(null);

或者在theme中添加

android:windowbackground="null"

第三招:去掉其他不必要的背景

有時候爲了方便會先給Layout設置一個整體的背景,再給子View設置背景,這裏也會造成重疊,如果子View寬度mach_parent,可以看到完全覆蓋了Layout的一部分,這裏就可以通過分別設置背景來減少重繪。再比如如果採用的是selector的背景,將normal狀態的color設置爲“@android:color/transparent",也同樣可以解決問題。這裏只簡單舉兩個例子,我們在開發過程中的一些習慣性思維定式會帶來不經意的Overdraw,所以開發過程中我們爲某個View或者ViewGroup設置背景的時候,先思考下是否真的有必要,或者思考下這個背景能不能分段設置在子View上,而不是圖方便直接設置在根View上。

第四招:ClipRect & QuickReject

爲了解決Overdraw的問題,Android系統會通過避免繪製那些完全不可見的組件來儘量減少消耗。但是不幸的是,對於那些過於複雜的自定義的View(通常重寫了onDraw方法),Android系統無法檢測在onDraw裏面具體會執行什麼操作,系統無法監控並自動優化,也就無法避免Overdraw了。但是我們可以通過canvas.clipRect()來幫助系統識別那些可見的區域。這個方法可以指定一塊矩形區域,只有在這個區域內纔會被繪製,其他的區域會被忽視。這個API可以很好的幫助那些有多組重疊組件的自定義View來控制顯示的區域。同時clipRect方法還可以幫助節約CPU與GPU資源,在clipRect區域之外的繪製指令都不會被執行,那些部分內容在矩形區域內的組件,仍然會得到繪製。除了clipRect方法之外,我們還可以使用canvas.quickreject()來判斷是否沒和某個矩形相交,從而跳過那些非矩形區域內的繪製操作。

第五招:ViewStub

ViewStub是個什麼東西?一句話總結:高效佔位符。
我們經常會遇到這樣的情況,運行時動態根據條件來決定顯示哪個View或佈局。常用的做法是把View都寫在上面,先把它們的可見性都設爲View.GONE,然後在代碼中動態的更改它的可見性。這樣的做法的優點是邏輯簡單而且控制起來比較靈活。但是它的缺點就是,耗費資源。雖然把View的初始可見View.GONE但是在Inflate佈局的時候View仍然會被Inflate,也就是說仍然會創建對象,會被實例化,會被設置屬性。也就是說,會耗費內存等資源。
推薦的做法是使用android.view.ViewStub,ViewStub是一個輕量級的View,它一個看不見的,不佔佈局位置,佔用資源非常小的控件。可以爲ViewStub指定一個佈局,在Inflate佈局的時候,只有ViewStub會被初始化,然後當ViewStub被設置爲可見的時候,或是調用了ViewStub.inflate()的時候,ViewStub所向的佈局就會被Inflate和實例化,然後ViewStub的佈局屬性都會傳給它所指向的佈局。這樣,就可以使用ViewStub來方便的在運行時,要還是不要顯示某個佈局。

<ViewStub
    android:id="@+id/stub_view"
    android:inflatedId="@+id/panel_stub"
    android:layout="@layout/progress_overlay"
    android:layout_width="fill_parent"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:layout_gravity="bottom" />

當你想加載佈局時,可以使用下面其中一種方法:

((ViewStub) findViewById(R.id.stub_view)).setVisibility(View.VISIBLE);
View importPanel = ((ViewStub) findViewById(R.id.stub_view)).inflate();

第六招:Merge

Merge標籤有什麼用呢?簡單粗暴點回答:幹掉一個view層級。
Merge的作用很明顯,但是也有一些使用條件的限制。有兩種情況下我們可以使用Merge標籤來做容器控件。第一種子視圖不需要指定任何針對父視圖的佈局屬性,就是說父容器僅僅是個容器,子視圖只需要直接添加到父視圖上用於顯示就行。另外一種是假如需要在LinearLayout裏面嵌入一個佈局(或者視圖),而恰恰這個佈局(或者視圖)的根節點也是LinearLayout,這樣就多了一層沒有用的嵌套,無疑這樣只會拖慢程序速度。而這個時候如果我們使用merge根標籤就可以避免那樣的問題。另外Merge只能作爲XML佈局的根標籤使用,當Inflate以<merge />開頭的佈局文件時,必須指定一個父ViewGroup,並且必須設定attachToRoot爲true。
舉個簡單的例子吧:

<RelativeLayout 
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" 
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" 
android:layout_width="match_parent" 
android:layout_height="match_parent" > 
<TextView 
android:layout_width="wrap_content"  
android:layout_height="wrap_content" 
android:text="merge標籤使用" />
</RelativeLayout>

把上面這個XML加載到頁面中,佈局層級是RelativeLayout-TextView。但是採用下面的方式,把RelativeLayout提換成merge,RelativeLayout這一層級就被幹掉了。

<merge
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" 
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" 
android:layout_width="match_parent" 
android:layout_height="match_parent" >
<TextView  
android:layout_width="wrap_content" 
android:layout_height="wrap_content" 
 android:text="merge標籤使用" />
</merge>

第七招:善用draw9patch

給ImageView加一個邊框,你肯定遇到過這種需求,通常在ImageView後面設置一張背景圖,露出邊框便完美解決問題,此時這個ImageView,設置了兩層drawable,底下一層僅僅是爲了作爲圖片的邊框而已。但是兩層drawable的重疊區域去繪製了兩次,導致overdraw。
優化方案: 將背景drawable製作成draw9patch,並且將和前景重疊的部分設置爲透明。由於Android的2D渲染器會優化draw9patch中的透明區域,從而優化了這次overdraw。 但是背景圖片必須製作成draw9patch才行,因爲Android 2D渲染器只對draw9patch有這個優化,否則,一張普通的Png,就算你把中間的部分設置成透明,也不會減少這次overdraw。

第八招:慎用Alpha

假如對一個View做Alpha轉化,需要先將View繪製出來,然後做Alpha轉化,最後將轉換後的效果繪製在界面上。通俗點說,做Alpha轉化就需要對當前View繪製兩遍,可想而知,繪製效率會大打折扣,耗時會翻倍,所以Alpha還是慎用。
如果一定做Alpha轉化的話,可以採用緩存的方式。

view.setLayerType(LAYER_TYPE_HARDWARE);
doSmoeThing();
view.setLayerType(LAYER_TYPE_NONE);

通過setLayerType方式可以將當前界面緩存在GPU中,這樣不需要每次繪製原始界面,但是GPU內存是相當寶貴的,所以用完要馬上釋放掉。

第九招:避免“OverDesign”

overdraw會給APP帶來不好的體驗,overdraw產生的原因無外乎:複雜的Layout層級,重疊的View,重疊的背景這幾種。開發人員無節制的View堆砌,究其根本無非是產品無節制的需求設計。有道是“由儉入奢易,由奢入儉難",很多APP披着過度設計的華麗外衣,卻忘了簡單易用纔是王道的本質,紛繁複雜的設計並不會給用戶帶來好的體驗,反而會讓用戶有壓迫感,產品本身也有可能因此變得卡頓。當然,一切拋開業務談優化都是空中樓閣,這就需要產品設計也要有一個權衡,在複雜的業務邏輯與簡單易用的界面展現中做一個平衡,而不是一味的OverDesign。

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