Android系统显示原理【转载】

原文作者为:斜杠Allen

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Android 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上。

我们都知道在 Android 的每个 View 绘制中有三个核心步骤:Measure、Layout、Draw。具体实现是从 ViewRootImp 类的performTraversals() 方法开始执行,Measure 和 Layout都是通过递归来获取 View 的大小和位置,并且以深度作为优先级,可以看出层级越深、元素越多、耗时也就越长。

真正把需要显示的数据渲染到屏幕上,是通过系统级进程中的 SurfaceFlinger 服务来实现的,那么这个SurfaceFlinger 服务主要做了哪些工作呢?如下:

  • 响应客户端事件,创建 Layer 与客户端的 Surface 建立连接。

  • 接收客户端数据及属性,修改 Layer 属性,如尺寸、颜色、透明度等。

  • 将创建的 Layer 内容刷新到屏幕上。

  • 维持 Layer 的序列,并对 Layer 最终输出做出裁剪计算。

既然是两个不同的进程,那么肯定是需要一个跨进程的通信机制来实现数据传递,在 Android 显示系统中,使用了 Android 的匿名共享内存:SharedClient,每一个应用和 SurfaceFlinger 之间都会创建一个SharedClient ,然后在每个 SharedClient 中,最多可以创建 31 个 SharedBufferStack,每个 Surface 都对应一个 SharedBufferStack,也就是一个 Window。

一个 SharedClient 对应一个Android 应用程序,而一个 Android 应用程序可能包含多个窗口,即 Surface 。也就是说 SharedClient 包含的是 SharedBufferStack的集合,其中在显示刷新机制中用到了双缓冲和三重缓冲技术。最后总结起来显示整体流程分为三个模块:应用层绘制到缓存区,SurfaceFlinger 把缓存区数据渲染到屏幕,由于是不同的进程,所以使用 Android 的匿名共享内存 SharedClient 缓存需要显示的数据来达到目的。

除此之外,我们还需要一个名词:FPS。FPS 表示每秒传递的帧数。在理想情况下,60 FPS 就感觉不到卡,这意味着每个绘制时长应该在16 ms 以内。但是 Android 系统很有可能无法及时完成那些复杂的页面渲染操作。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的画面所需的 60FPS。如果某个操作花费的时间是 24ms ,系统在得到 VSYNC 信号时就无法正常进行正常渲染,这样就发生了丢帧现象。那么用户在 32ms 内看到的会是同一帧画面,这种现象在执行动画或滑动列表比较常见,还有可能是你的 Layout 太过复杂,层叠太多的绘制单元,无法在 16ms 完成渲染,最终引起刷新不及时。

卡顿根本原因

根据Android 系统显示原理可以看到,影响绘制的根本原因有以下两个方面:

  • 绘制任务太重,绘制一帧内容耗时太长。

  • 主线程太忙,根据系统传递过来的 VSYNC 信号来时还没准备好数据导致丢帧

绘制耗时太长,有一些工具可以帮助我们定位问题。主线程太忙则需要注意了,主线程关键职责是处理用户交互,在屏幕上绘制像素,并进行加载显示相关的数据,所以特别需要避免任何主线程的事情,这样应用程序才能保持对用户操作的即时响应。总结起来,主线程主要做以下几个方面工作:

  • UI 生命周期控制

  • 系统事件处理

  • 消息处理

  • 界面布局

  • 界面绘制

  • 界面刷新

除此之外,应该尽量避免将其他处理放在主线程中,特别复杂的数据计算和网络请求等。

 

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