androidUI卡顿原理分析及Vsync信号机制

一、UI卡顿定义 

1、用户角度：app操作界面刷新缓慢，响应不及时；界面滑动不够流畅； 

2、系统角度：屏幕刷新帧率不稳定，掉帧严重，无法保证每秒60帧，导致屏幕画面撕裂； 

二、UI卡顿常见原因分析以及处理方案 

1、过度绘制： 

原因：界面布局设计不合理或者过于复杂导致系统无法在16毫秒内完成渲染，view过度绘制导致CPU或者GPU负载过重，View频繁触发measure、layout操作，导致measure、layout累计耗时严重以及整个View错误的频繁重新渲染； 

方案：优化界面布局，使界面布局视图扁平化，去除不必要的背景颜色，减少透明色的使用； 

方案依据原理：尽量减少View在系统中measure、layout、draw的累计时间； 

2、UI线程的复杂运算 

原因：UI主线程运算耗时 

方案：减少UI线程中数据运算，使用子线程处理耗时任务 

3、频繁GC 

原因：（1）、内存抖动；（2）、瞬间产生大量对象，消耗内存； 

方案：尽量避免在循环逻辑或者onDraw方法中频繁创建新对象和使用局部变量； 

三、android Vsync机制 

1、什么是Vsync ? 

Vsync 是Vertical Synchronization(垂直同步)的缩写，是一种在PC上很早就广泛使用的技术，可以简单的把它认为是一种定时中断。而在Android 4.1(JB)中已经开始引入VSync机制，用来同步渲染，让AppUI和SurfaceFlinger可以按硬件产生的VSync节奏进行工作。 

2、Android屏幕刷新过程 

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，屏幕的刷新过程是每一行从左到右（行刷新，水平刷新，Horizontal Scanning），从上到下（屏幕刷新，垂直刷新，Vertical Scanning）。当整个屏幕刷新完毕，即一个垂直刷新周期完成，会有短暂的空白期，此时发出 VSync 信号。所以，VSync 中的 V 指的是垂直刷新中的垂直-Vertical。 

3、没有使用Vsync的情况 

可见vsync信号没有提醒CPU/GPU工作的情况下，在第一个16ms之内，一切正常。然而在第二个16ms之内，几乎是在时间段的最后CPU才计算出了数据，交给了Graphics Driver,导致GPU也是在第二段的末尾时间才进行了绘制，整个动作延后到了第三段内。从而影响了下一个画面的绘制。这时会出现Jank（闪烁，可以理解为卡顿或者停顿）。这时候CPU和GPU可能被其他操作占用了，这就是卡顿出现的原因； 

4、使用Vsync同步 

CPU/GPU接收vsync信号，Vsync每16ms一次，那么在每次发出Vsync命令时，CPU都会进行刷新的操作。也就是在每个16ms的第一时间，CPU就会响应Vsync的命令，来进行数据刷新的动作。CPU和GPU的刷新时间，和Display的FPS是一致的。因为只有到发出Vsync命令的时候，CPU和GPU才会进行刷新或显示的动作。CPU/GPU接收vsync信号提前准备下一帧要显示的内容，所以能够及时准备好每一帧的数据，保证画面的流畅； 

5、多级缓冲 

Android除了使用Vsync机制，还使用了多级缓冲的策略来优化屏幕显示，如双重缓冲（A + B），当Display buffer A 数据时，CPU/GPU就已经在buffer B 中处理下一帧要显示的数据了。 

可是，当系统资源紧张性能降低时，导致GPU在处理某帧数据时太耗时，在Vsync信号到来时，buffer B的数据还没准备好，此时不得不显示buffer A的数据，这样导致后面CPU/GPU没有新的buffer准备数据，空白时间无事可做，后面Jank频出

因此采用三级缓冲来解决系统对性能不稳定导致的卡顿

当出现上面所述情况后，新增一个buffer C 可以减少CPU和GPU在Vsync同步间的空白间隙，此时CPU/GPU能够利用buffer C 继续工作，后面buffer A 和 buffer B 依次处理下一帧数据。这样仅是产生了一个Jank，可以忽略不计，以后的流程就顺畅了。 

注：在多数正常情况下还是使用二级缓冲机制，三级缓冲只是在需要的时候才使用；