Android性能优化：绘制优化

Android性能优化：绘制与刷新机制详解

最新推荐文章于 2025-09-23 16:47:31 发布

原创

最新推荐文章于 2025-09-23 16:47:31 发布 · 1.1k 阅读

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#android #移动开发

本文深入探讨Android系统显示原理，包括绘制原理、刷新机制、卡顿原因，以及性能分析工具如Profile GPU Rendering、TraceView、Systrace的使用。介绍了布局优化方法，如减少层级、提高显示速度、布局复用和避免过度绘制，以及如何通过合理的刷新机制、动画性能提升和卡顿监控来优化应用性能。

一、Android系统显示原理

Android的显示过程可以简单概括为：Android应用程序把经过测量、布局、绘制后的surface缓存数据、通过SurfaceFlinger把数据渲染到显示屏幕上，通过Android的刷新机制来刷新数据。也就是说应用层负责绘制，系统层负责渲染，通过进程间通信把应用层需要绘制的数据传递到系统层服务，系统层服务通过刷新机制把数据更新到屏幕。

1、绘制原理

应用层

在Android的每个View都会经过Measure和Layout来确定当前需要绘制的View所在的大小和位置，然后，再通过Draw绘制到surface上。在Android系统中整体的绘制源码是在ViewRootImpl类的performTraversals()方法，通过这个方法可以看出Measure和Layout都是递归来获取View的大小和位置，并且以深度作为优先级。显然，层级越深，元素越多，耗时就越长。

对于绘制，Android支持两种绘制方式：

软件绘制（CPU）
硬件绘制（GPU）

硬件加速从Android 3.0开始支持，它在UI显示和绘制效率方面远高于软件绘制。但它的局限如下：

耗电：GPU功耗高于CPU。
兼容性：不兼容某些接口和函数。
内存大：使用OpenGL的接口需要占用内存8MB。

系统层

将数据渲染到屏幕上是通过系统级进程中的SurfaceFlinger服务来实现的，它的主要工作流程如下：

1、响应客户端事件，创建Layer与客户端的Surface建立连接。
2、接收客户端数据和属性，修改Layer属性，如尺寸、颜色、透明度等。
3、将创建的Layer内容刷新到屏幕上。
4、维持Layer的序列，并对Layer的最终输出做裁剪计算。

其中，SurfaceFlinger系统进程和应用进程使用了匿名共享内存SharedClient，并且，每一个应用和SurfaceFlinger之间都会创建一个SharedClient，在每个SharedClient中，最多可以创建31个SharedBufferStack，每一个SharedBufferStack对应一个Surface，即一个window。（其中包含了两个（小于4.1版本）或者三个（4.1及以上版本）缓冲区）

因此，从上可知，一个Android应用程序最多可以包含31个窗口。最后，显示的整体流程如下：

1、应用层绘制到缓冲区。
2、SurfaceFlinger把缓冲区数据渲染到屏幕，其中使用了Android匿名共享内存SharedClient缓存需要显示的数据来达到目的。

绘制的过程首先是 CPU准备数据，通过Driver层把数据交给CPU渲染，其中CPU主要负责Measure、Layout、Record、Execute的数据计算工作，GPU负责Rasterization（栅格化）、渲染。因为图形API不允许CPU直接和GPU通信，所以要通过一个图形驱动的中间层来进行连接，在图形驱动里面维护了一个队列，CPU把display list（待显示的数据列表）添加到队列中，GPU从这个队列中取出数据进行绘制，最终才在显示屏上显示出来。

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，如果每次渲染都成功，这样就能够达到流畅画面所需的60FPS。

2、刷新机制

在4.1版本的Project Butter中对Android Display系统进行了重构，引入了三个核心元素：VSYNC（Vertical Synchronization）、Triple Buffer（三级缓冲）、Choreographer。其中作为Project Buffer核心的VSYNC，即垂直同步可认为是一种定时中断。而Choreographer起调度的作用，将绘制工作统一到VSYNC的某个时间点上，使应用的绘制工作有序。

那么，为什么要推出Project Butter呢？

目的是解决刷新不同步的问题。

在Tripe Buffer出现之前，Android的显示系统采用的是双缓冲技术。

为什么要使用双缓冲技术？

在Linux上通常使用 Framebuffer 来做显示输出，当用户进程更新Framebuffer中的数据后，显示驱动会把FrameBuffer中每个像素点的值更新到屏幕，但是如果上一帧数据还没显示完，Framebuffer中的数据又更新了，就会带来残影的问题，用户会觉得有闪烁感，所以采用了双缓冲技术。

双缓冲的含义？

双缓冲意味着要使用两个缓冲区（在上文提及的SharedBufferStack中），其中一个称为Front Buffer，另一个称为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。即只有当另一个buffer的数据准备好后，才会通过io_ctl系统调用来通知显示设备切换Buffer。