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Android 性能优化之渲染原理 先来看几个概念 fps：每秒传输的帧数，FPS”也可以理解为我们常说的“刷新率（单位为Hz）”。
hz：代表屏幕在一秒内刷新的次数，Android手机一般为60HZ,也就是一秒刷新60帧，大约16.67ms刷新一次
丢帧：本来一秒中画面需要更新 60 帧,但是如果这期间只更新了 55 帧 , 那么在用户看来就是丢帧了 , 主观感觉就是卡了
tearing： 一个屏幕内的数据来自2个不同的帧，画面会出现撕裂感
jank： 绘图速度过慢，一个帧在屏幕上连续出现2次
lag：从用户体验来说，就是点击下去到呈现效果之间存在延迟
撕裂(screen tearing):当cpu/gpu将数据准备写入buffer（缓冲区）中，但display还没来的及显示，这时cpu/gpu把下一帧数据往buffer写，还没写完，Display开始读去buffer显示，（也就是绘图数度大于显示速度），这是就会出现显示的上半部分为下一帧数据，下半部分为上一帧数据，如图所示，这就是撕裂。
tearing发生的原因是display读buffer同时，buffer被修改，那么多一个buffer是不是能解决问题，这个时候双缓冲就诞生了。
双缓冲机制 从性能角度出发,如果只对一块缓冲区进行读写无疑效率比较低下:一方面屏幕要从该区域去读,另一方面显卡要等待去写.因此在实际中,其实帧缓冲区实则被划分为两部分:
前缓冲区: 用来缓存要显示到屏幕的帧数据
后缓冲区: 用来缓存显卡生成的帧数据.
屏幕只能前缓冲区读取数据用于显示,显卡只能往后缓冲区写入新生成的帧数据.需要注意的是两块缓冲区并不发生实际上的数据拷贝操作,即将后缓冲区的帧数据拷贝到前缓冲区,而是在前缓冲区的帧数据已经推到屏幕上,且新的帧数据被写入到后台缓冲区后,进行指针交换操作,将原来的后缓冲区变为前缓冲区
但还是有问题，假如是backbuffer准备完成一帧数据以后就进行，那么如果此时屏幕还没有完整显示上一帧内容的话，肯定是会出问题的。看来只能是等到屏幕处理完一帧数据后，才可以执行这一操作了.
当扫描完一个屏幕后，设备需要重新回到第一行以进入下一次的循环，此时有一段时间空隙，称为VerticalBlanking Interval(VBI)。大家应该能想到了，这个时间点就是我们进行缓冲区交换的最佳时间。因为此时屏幕没有在刷新，也就避免了交换过程中出现 screentearing的状况。VSync(垂直同步)是VerticalSynchronization的简写，它利用VBI时期出现的vertical sync pulse来保证双缓冲在最佳时间点才进行交换。
所以说V-sync这个概念并不是Google首创的，它在早些年前的PC机领域就已经出现了。不过Android 4.1给它赋予了新的功用，稍后就可以看到。
Android显示原理 在一个典型的显示系统中分为GPU,CPU,Display(有些言论称为显示器)三部分，Android中LayoutInflater将布局中的xml标签转换为对象，cpu经过计算将它转化为多边形(Polygons)或Texture（纹理）。gpu对多边形或者纹理进行栅格化(Rasterization)操作，栅格化后的数据写入帧缓冲区中等待显示器显示。如图：
安卓在4.1做的优化(Project Butter 黄油计划) 在Android 4.1之前,界面卡顿是Android中最受诟病的一点.为了解决界面卡顿问题,Google为Android引入了Project Butter计划,即常说的黄油计划.在该项目中,Google对Android显示系统进行重构,并引入了三个至关重要的改进:
VSync增强:VSync不仅仅用于避免画面撕裂现象,现在它还会通知GPU在渲染下一帧之前要等待屏幕完成 逐行绘制.
Triple Buffer: 三缓冲机制
Choreographer: 用于协同nimations,input和drawing一起工作
双缓冲意味着要使用两个缓冲区（SharedBufferStack中），其中一个称为Front Buffer，另外一个称为Back Buffer。UI总是先在Back Buffer中绘制，然后再和Front Buffer交换，渲染到显示设备中，其中Display处理前Front Buffer，CPU、GPU处理Back Buffer
需要注意的是Android中一直存在VSync机制(有待考证),只不过早期VSync只是为了避免画面撕裂(screen tearing)现象.为了更好的了解增强过的VSync和Triple Buffer,我们先来看一下早期图像显示的过程,即VSync只用来避免画面撕裂的情况:
这个图中有三个元素，Display是显示屏幕，GPU和CPU负责渲染帧数据，每个帧以方框表示，并以数字进行编号，如0、1、2等等。VSync用于指导双缓冲区的交换。以时间的顺序来看下将会发生的异常：
- Display显示第0帧数据，此时CPU和GPU渲染第1帧画面，而且赶在Display显示下一帧前完成。
- 因为渲染及时，Display在第0帧显示完成后，也就是第1个VSync后，正常显示第1帧。
- 由于某些原因，比如CPU资源被占用，系统没有及时地开始处理第2帧，直到第2个VSync快来前才开始处理
- 第2个VSync来时，由于第2帧数据还没有准备就绪，显示的还是第1帧。这种情况被Android开发组命名为“Jank”。
- 当第2帧数据准备完成后，它并不会马上被显示，而是要等待下一个VSync。所以总的来说，就是屏幕平白无故地多显示了一次第1帧。原因大家应该都看到了，就是CPU没有及时地开始着手处理第2帧的渲染工作，以致“延误军机”。
其实总结上面的这个情况之所以发生，首先的原因就在于第二帧没有及时的绘制。那么如何使得第二帧及时被绘制呢？这就是我们在Graphic系统中引入VSYNC的原因，
CPU/GPU根据VSYNC信号同步处理数据，可以让CPU/GPU有完整的16ms时间来处理数据，减少了jank。假如CPU/GPU的FPS(FramesPer Second)高于这个值，那么这个方案是完美的，显示效果将很好。
总结，vync同步使得CPU/GPU充分利用了16ms时间，减少jank
Triple Buffer 在双缓存的基础上，android又引入了三缓存技术。
首先来看传统的双缓冲机制,理想情况下,其工作状态如下:
在上图中,以GPU一行为例,长方形A和B分别代表两块缓冲区域,分别代表前台缓冲区和后台缓冲区.开始时A作为前台缓冲区,此时GPU会想后台缓冲区B写入帧数据;当B缓冲区准备就绪后,A,B交换,B变成前台缓冲区,A变成后台缓冲区，一切都很流程,CPU/GPU充分利用每个16.6ms,在前一个VSync到来时开始准备数据,并在后一个VSync到来时准备好数据.但问题时,我们无法确保CPU/GPU都能在16.6ms内能够准备好数据（l可能设备较差，或者界面你叫复杂，cpu/gpu无法在16秒内处理好数据导致交换延迟）
当CPU/GPU的处理时间超过16ms时，第一个VSync到来时，缓冲区B中的数据还没有准备好，于是只能继续显示之前A缓冲区中的内容。而B完成后，又因为缺乏VSync pulse信号，它只能等待下一个signal的来临。于是在这一过程中，有一大段时间是被浪费的。当下一个VSync出现时，CPU/GPU马上执行操作，此时它可操作的buffer是A，相应的显示屏对应的就是B。这时看起来就是正常的。只不过由于执行时间仍然超过16ms，导致下一次应该执行的缓冲区交换又被推迟了——如此循环反复，便出现了越来越多的“Jank”。
很显然，第一次的Jank看起来是没有办法的，除非升级硬件配置来加快FPS。我们关注的重点是被CPU/GPU浪费的时间段，怎么才能充分利用起来呢？Google为了解决该问题,引入的三缓冲机制,即在原来双缓冲的机制上加入了第三块缓冲区.
我们来逐步分析下这个是否有效。首先和预料中的一致，第一次“Jank”无可厚非。不过让人欣慰的是，当第一次VSync发生后，CPU不用再等待了，它会使用第三个buffer C来进行下一帧数据的准备工作。虽然对缓冲区C的处理所需时间同样超过了16ms，但这并不影响显示屏——第2次VSync到来后，它选择buffer B进行显示;而第3次VSync时，它会接着采用C，而不是像double buffering中所看到的情况一样只能再显示一遍B了。这样子就有效地降低了jank。但是带来了lag的问题，如上图所示，A这一帧在第4个vsync来的时候才显示，如果是双缓冲，那在第三个vynsc就可以显示了。
三缓冲作用：
简单的说在2个缓存区被GPU和display占据的时候，开辟一个缓冲区给CPU用，一般来说都是用双缓冲，需要的时候会开启3缓冲，三缓冲的好处就是使得动画更为流程，但是会导致lag，从用户体验来说，就是点击下去到呈现效果会有延迟。所以默认不开三缓冲，只有在需要的时候自动开启
一句话总结三缓冲有效利用了等待vysnc的时间,减少了jank，但是带来了lag
总结：
VSync（解决画面撕裂）
三缓冲（提升CPU/GPU利用率）
参考：
http://lionoggo.com/2017/09/12/%E4%BB%8E%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E5%9B%BE%E5%BD%A2%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E5%88%B0Android%E6%98%BE%E7%A4%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F/#VSync%E6%80%BB%E7%BB%93
https://www.jianshu.com/p/0cb06877cf2a#cd582b20-7596-518f-a6a8-d79cd29a17ea
https://blog.csdn.net/litefish/article/details/53939882#commentBox
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原文链接:https://blog.csdn.net/jingjc/article/details/102644795
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[这个贴子最后由 flybird 在 2020-03-10 12:29:38 重新编辑]
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