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Android繪制流程一問到底(無代碼)

2021-01-06 07:30:45 移動端開發

前言

周二好呀,今天給大家帶來一點輕松簡單的內容,沒有代碼,請享用~

  • 高刷手機,60hz,120hz指的是什么?
  • 螢屏的重繪程序,
  • 幀率,VSYNC是什么?
  • 單快取,雙快取,三快取,
  • 代碼中修改了UI,螢屏是怎么進行重繪的?
  • 如果界面保持靜止不變,螢屏會重繪嗎?影像會被重新繪制嗎?

高刷手機,60hz,120hz指的是什么

指的是螢屏的重繪頻率,也就是一秒內螢屏重繪的次數,重繪頻率這個引數是手機出廠就決定的,取決于硬體的固定引數,

高刷手機,一般就是指高重繪率螢屏,也就是大于一般的60hz,比如90hz,120hz等等,它的特點就在于每秒重繪的頻率更高,使得畫面更加流暢,順滑,就算出現丟幀等情況,畫面還能保證一個穩定性,

螢屏的重繪程序,

螢屏的重繪程序是每一行從左到右,從上到下,順序顯示像素點,當整個螢屏重繪完畢,即一個垂直重繪周期完成,會有短暫的空白期,此時發出 VSync 信號,如果是60hz的手機,那么每次螢屏重繪的程序占用時間就是16ms(1000/60)左右,

一般一個圖形界面的繪制,需要CPU準備資料,然后GPU進行繪制,繪制完寫入快取區,然后螢屏按照重繪頻率來從這個快取區中取圖形顯示,

所以整個重繪程序是CPU,GPU,螢屏(Display)三方合作的作業關系,

幀率,VSYNC是什么

幀率,就是GPU一秒內繪制操作的幀數,單位是fps,游戲中比較常見,越大也就代表越流暢,所以這個引數并不是固定值,但是如果螢屏重繪頻率是60hz,你的幀率大于60fps也就浪費了,所以一般情況下最好是幀率和螢屏重繪頻率保持一致,即同樣是60fps,這樣就能保證一個比較平滑的視覺影片,

VSync,垂直同步,在Android4.1引進,是一種定時發送繪制信號的機制,它的作用就是讓幀率和螢屏重繪率保持一致,防止跳幀卡頓等等,玩過lol的朋友應該都知道,設定界面就可以開啟垂直同步選項,

正常如果沒有開啟vsync,螢屏重繪有可能會出現什么問題呢?

如圖,由于CPU,GPU繪制影像的時間不定,所以就有可能會發生卡頓情況,也就是下一幀的資料沒準備好,無法正常顯示到螢屏上,

如果我們開啟vsync,也就是給CPU和GPU規定了開始繪制幀資料的時間,開啟后,系統會每16ms就發送一次vsync信號,CPU收到信號就開始處理資料,然后GPU繪制影像,這樣就把16ms最大化的利用起來了,只要CPU和GPU16ms之內把下一幀資料處理好,那么螢屏就能從快取區中拿到下一幀資料并顯示出來了,如圖:

所以vsync信號就是為了保證16ms繪制出一幀的資料出來,使得螢屏每16ms重繪一次,就能用到最新的幀資料了,這樣畫面就是比較流暢的了,

這整個程序其實就在Choreographer類中實作的,包括同步屏障的使用也在其中,下次會具體講到,

單快取,雙快取,三快取

  • 單快取,就是CPU計算好的資料交給GPU,然后GPU進行影像繪制,最后放到快取區,而螢屏就直接從這個快取區中拿到資料并顯示,

但是這樣做有個問題就是,因為Display和GPU都是操作的同一個快取,就會出現同一個畫面中有不同幀的資料,比如螢屏重繪的時候,第二幀還沒繪制完,那么快取中就有第二幀資料還有第一幀殘留的資料,這樣顯示出來的畫面就有兩個幀的畫面了,比如畫面撕裂

  • 雙快取,這個雙快取就是設計出來解決單快取問題的,既然Display和GPU不能共用一個快取,那么就設計兩個快取就可以啦,

FrameBuffer來做顯示輸出,也就是螢屏每次從這個快取中取圖形資料,BackBuffer用來放下一幀的畫面,也就是CPU每次繪制資料到這個快取中,然后當CPU完整繪制完下一幀圖形,也就是BackBuffer準備好,螢屏也顯示完上一幀資料的時候,就進行快取交換,把資料同步到FrameBuffer,而這個快取交換點,就是vsync信號時刻,

  • 三快取, Android4.1 引入,一般來說,雙快取就能夠使用了,但是為什么還有一個三快取呢?看圖:

雙快取情況下,如果CPU/GPU處理資料過慢,就會發生上圖的情況,也就是vsync信號來的時候,上一幀資料還沒繪制完,于是A資料圖片顯示了兩幀的時間,而且由于vsync來的時候cpu才開始處理資料,而圖上vsync來的時候,GPU還在處理資料,導致GPU處理完了之后,無法觸發下一幀資料的處理,浪費了一大半時間,后面情況類似,只要CPU/GPU處理資料過慢,就會發生Jank(卡頓等問題)

所以這時候就引入了第三個快取,如圖:

如圖所示,在vsync來的時候,如果GPU還沒處理好資料幀B的圖形,這時候第三個快取區可以來處理后面C幀的資料,然后第二個vsync信號來的時候,雖然第三快取區還在用作處理C幀資料,但是之前的BackBuffer又可以來快取下一幀的資料了,

這樣一來,雖然A幀資料還是顯示了兩個時間點,但是后面由于有新Buffer的加入,可以保證后續影像顯示能正常平滑的顯示了,就相當于多了一個勞動力,可以最大限度利用好時間,

代碼中修改了UI,螢屏是怎么進行重繪的?

當我們用代碼修改了UI,比如使用了setText,修改Textview的值,這時候螢屏不會馬上繪制重繪,而是會呼叫到invalidate方法請求重繪,然后會向VSYNC服務發送請求,等到下一個VSYNC信號觸發的時候,就開始上面說過的流程,也就是處理資料,繪制影像,具體所做的作業就是測量—布局—繪制,接著,螢屏就可以拿到快取區中繪制好的影像并顯示到螢屏上了,

所以任何UI的改變,都要遵從上述所說的VSYNC機制,只是這個程序很短,當然為了保證最快時間繪制到螢屏上,而不讓其他訊息影響到VSYNC的回應速度,就加入了同步屏障,

如果界面保持靜止不變,螢屏會重繪嗎?影像會被重新繪制嗎?

首先,螢屏重繪頻率這個是不會變的,也就是每隔16ms左右就會進行一次重繪,而重繪的幀資料就是我們的程式內部在接收到重繪的vsync信號之后,經過計算繪制后的影像資料,

但是,app并不是每一個vsync信號都能接收到的,只有當應用有繪制需求的時候,才會通過scheduledVsync 方法申請VSYNC信號,然后下一個螢屏重繪的信號才能被我們的程式所接收到,也就是Choreographer類的onVsync方法才能被執行,然后就開始測量—布局—繪制等作業了,

所以,如果界面不變化,我們的程式就收不到VSYNC信號,也就無法處理資料進行繪制了,只有當需要改變界面的時候,才會去申請這個螢屏重繪服務,才能接收到VSYNC信號,這種情況下,螢屏還會進行重繪,只不過重繪的都是同樣的影像資料,

參考

https://juejin.cn/post/6863756420380196877
https://www.cnblogs.com/frrj/archive/2018/07/30/brief-info-of-android-display.html
https://www.jianshu.com/p/10db590ed9a6

拜拜

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