Android 流暢度評測知多少

和你一起終身學習，這裏是程序員 Android

經典好文推薦，通過閱讀本文，您將收穫以下知識點:

一、FPS評測應用流暢度不準確
二、Choreographer幀率檢測原理
三、如何檢測

一、FPS評測應用流暢度不準確

說到應用的流暢度，都會想到FPS，系統獲取FPS的原理是：手機屏幕顯示的內容是通過Android系統的SurfaceFLinger類，把當前系統裏所有進程需要顯示的信息合成一幀，然後提交到屏幕上進行顯示，FPS就是1秒內SurfaceFLinger提交到屏幕的幀數。用FPS來評測一個應用是否真的卡頓存在兩個問題。

有的時候FPS很低，APP看起來卻很流暢；
APP停止操作之後，FPS還是在一直變化，這種情況是否會影響到FPS的準確度？
有的時候FPS很低，APP看起來卻很流暢，是因爲當前界面在1秒內只需要10幀的顯示需求，當然不會卡頓，此時FPS只要高於10就可以了，如果屏幕根本沒有繪製需求，那FPS的值就是0。

Android性能優化第（四）篇---Android渲染機制說過，Android系統每隔16ms發出VSYNC信號，觸發對UI的渲染，16ms沒完成繪製就會卡頓。VSync機制就像是一臺轉速固定的發動機(60轉/s)。每一轉會帶動着去做一些UI相關的事情，但不是每一轉都會有工作去做(就像有時在空擋，有時在D檔)。有時候因爲各種阻力某一圈工作量比較重超過了16.6ms，那麼這臺發動機這秒內就不是60轉了，當然也有可能被其他因素影響，比如給油不足(主線程裏乾的活太多)等等，就會出現轉速降低的狀況。我們把這個轉速叫做流暢度。當流暢度越小的時候說明當前程序越卡頓。

二、Choreographer幀率檢測原理

我們有時候會看到這樣的log，系統幫助我們打印出了跳幀數。

02-07 19:47:04.333 17601-17604/zhangwan.wj.com.choreographertest D/dalvikvm: GC_CONCURRENT freed 143K, 3% free 9105K/9384K, paused 2ms+0ms, total 6ms
02-07 19:47:04.337 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 60 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:11.685 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 85 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:12.545 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 37 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:14.893 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 37 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:23.049 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 36 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:23.929 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 37 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:24.961 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 61 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:25.817 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 36 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.
02-07 19:47:26.433 17601-17601/zhangwan.wj.com.choreographertest I/Choreographer: Skipped 36 frames!  The application may be doing too much work on its main thread.

這個log就出自於Choreographer中（英[ˌkɒrɪ'ɒɡrəfə(r)] 美[ˌkɒrɪ'ɒɡrəfə(r)]）。

void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
        final long startNanos;
        synchronized (mLock) {
            if (!mFrameScheduled) {
                return; // no work to do
            }

            if (DEBUG_JANK && mDebugPrintNextFrameTimeDelta) {
                mDebugPrintNextFrameTimeDelta = false;
                Log.d(TAG, "Frame time delta: "
                        + ((frameTimeNanos - mLastFrameTimeNanos) * 0.000001f) + " ms");
            }

            long intendedFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
            startNanos = System.nanoTime();
            final long jitterNanos = startNanos - frameTimeNanos;
            if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {
                final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;
                if (skippedFrames >= SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT) {
                    Log.i(TAG, "Skipped " + skippedFrames + " frames!  "
                            + "The application may be doing too much work on its main thread.");
                }
                final long lastFrameOffset = jitterNanos % mFrameIntervalNanos;
                if (DEBUG_JANK) {
                    Log.d(TAG, "Missed vsync by " + (jitterNanos * 0.000001f) + " ms "
                            + "which is more than the frame interval of "
                            + (mFrameIntervalNanos * 0.000001f) + " ms!  "
                            + "Skipping " + skippedFrames + " frames and setting frame "
                            + "time to " + (lastFrameOffset * 0.000001f) + " ms in the past.");
                }
                frameTimeNanos = startNanos - lastFrameOffset;
            }
        }

    }

其中SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT是Choreographer的成員變量。

  // Set a limit to warn about skipped frames.
  // Skipped frames imply jank.
  private static final int SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT =SystemProperties.getInt( "debug.choreographer.skipwarning", 30);

也就是當跳幀數大於設置的SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT 值時會在當前進程輸出這個log。由於 SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT 的值默認爲 30，所以上面的log並不是經常看到，如果我們用反射的方法把SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT的值設置成1，這樣可以保證只要有丟幀，就會有上面的log輸出來。

static {
        try {
            Field field = Choreographer.class.getDeclaredField("SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT");
            field.setAccessible(true);
            field.set(Choreographer.class,1);
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

注意，這個方案是 API 16 以上才支持。Choreographer就是一個消息處理器，根據vsync 信號來計算frame，而計算frame的方式就是處理三種回調，包括事件回調、動畫回調、繪製回調。這三種事件在消息輸入、加入動畫、準備繪圖layout 等動作時均會發給Choreographer。一句話，我們只要捕獲這個log提取出skippedFrames 就可以知道界面是否卡頓。

三、如何檢測

採用上面的方式就可以在App內部觀測當前App的流暢度了。並且在丟幀的地方打印，就可以知道丟幀的大概原因，大概位置，定位代碼問題。

在Choreographer中有個回調接口，FrameCallback。

public interface FrameCallback {  
  //當新的一幀被繪製的時候被調用。  
   public void doFrame(long frameTimeNanos);
}

根據上面的代碼，重寫doFrame方法，所以照葫蘆畫瓢，自定義FrameCallback。我們可以在每一幀被渲染的時候記錄下它開始渲染的時間，這樣在下一幀被處理時，判斷上一幀在渲染過程中是否出現掉幀。

public class SMFrameCallback implements Choreographer.FrameCallback {

    public static  SMFrameCallback sInstance;

    private String TAG="SMFrameCallback";

    public static final float deviceRefreshRateMs=16.6f;

    public static  long lastFrameTimeNanos=0;//納秒爲單位

    public static  long currentFrameTimeNanos=0;

    public void start() {
        Choreographer.getInstance().postFrameCallback(SMFrameCallback.getInstance());
    }

    public static SMFrameCallback getInstance() {
        if (sInstance == null) {
            sInstance = new SMFrameCallback();
        }
        return sInstance;
    }

    @Override
    public void doFrame(long frameTimeNanos) {
        if(lastFrameTimeNanos==0){
            lastFrameTimeNanos=frameTimeNanos;
            Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this);
            return;
        }
        currentFrameTimeNanos=frameTimeNanos;
        float value=(currentFrameTimeNanos-lastFrameTimeNanos)/1000000.0f;

        final int skipFrameCount = skipFrameCount(lastFrameTimeNanos, currentFrameTimeNanos, deviceRefreshRateMs);
        Log.e(TAG,"兩次繪製時間間隔value="+value+"  frameTimeNanos="+frameTimeNanos+"  currentFrameTimeNanos="+currentFrameTimeNanos+"  skipFrameCount="+skipFrameCount+"");
        lastFrameTimeNanos=currentFrameTimeNanos;
        Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this);
    }

    /**
     *
     *計算跳過多少幀
     * @param start
     * @param end
     * @param devicefreshRate
     * @return
     */
    private  int skipFrameCount(long start,long end,float devicefreshRate){
        int count =0;
        long diffNs=end-start;
        long diffMs = Math.round(diffNs / 1000000.0f);
        long dev=Math.round(devicefreshRate);
        if(diffMs>dev){
            long skipCount=diffMs/dev;
            count=(int)skipCount;
        }
        return  count;
    }
}

在需要檢測的Activity中調用 SMFrameCallback.getInstance().start()即可。一般優化一下，可以在BaseActivity去調用或者Activitylifecyclecallbacks中去調用.
正常情況下輸出的日誌是：

02-07 20:18:52.605 6683-6683/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=6996166386820  currentFrameTimeNanos=6996166386820  skipFrameCount=0
02-07 20:18:52.621 6683-6683/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=6996183053486  currentFrameTimeNanos=6996183053486  skipFrameCount=0
02-07 20:18:52.637 6683-6683/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=6996199720152  currentFrameTimeNanos=6996199720152  skipFrameCount=0
02-07 20:18:52.657 6683-6683/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=6996216386818  currentFrameTimeNanos=6996216386818  skipFrameCount=0
02-07 20:18:52.673 6683-6683/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=6996233053484  currentFrameTimeNanos=6996233053484  skipFrameCount=0
02-07 20:18:52.689 6683-6683/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=6996249720150  currentFrameTimeNanos=6996249720150  skipFrameCount=0

有跳幀的時候輸出的日誌是

02-07 20:21:53.909 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=7177466379568  currentFrameTimeNanos=7177466379568  skipFrameCount=0
02-07 20:21:53.925 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=7177483046234  currentFrameTimeNanos=7177483046234  skipFrameCount=0
02-07 20:21:54.133 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=200.0  frameTimeNanos=7177683046226  currentFrameTimeNanos=7177683046226  skipFrameCount=11
02-07 20:21:54.745 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=616.6666  frameTimeNanos=7178299712868  currentFrameTimeNanos=7178299712868  skipFrameCount=36
02-07 20:21:54.757 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=7178316379534  currentFrameTimeNanos=7178316379534  skipFrameCount=0
02-07 20:21:54.773 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=7178333046200  currentFrameTimeNanos=7178333046200  skipFrameCount=0
02-07 20:21:54.789 9530-9530/zhangwan.wj.com.choreographertest E/SMFrameCallback: 兩次繪製時間間隔value=16.666666  frameTimeNanos=7178349712866  currentFrameTimeNanos=7178349712866  skipFrameCount=0

看到兩次繪製的時間間隔相差616.6666毫秒，跳過了36幀，這個卡頓用戶是能夠明顯感知的

參考鏈接：https://www.jianshu.com/p/d126640eccb1

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一、FPS評測應用流暢度不準確

二、Choreographer幀率檢測原理

三、如何檢測

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