Android屏幕绘制一问到底(无代码)

前言

周二好呀,今天给大家带来一点轻松简单的内容,没有代码,请享用~

  • 高刷手机,60hz,120hz指的是什么?
  • 屏幕的刷新过程。
  • 帧率,VSYNC是什么?
  • 单缓存,双缓存,三缓存。
  • 代码中修改了UI,屏幕是怎么进行刷新的?
  • 如果界面保持静止不变,屏幕会刷新吗?图像会被重新绘制吗?

高刷手机,60hz,120hz指的是什么

指的是屏幕的刷新频率,也就是一秒内屏幕刷新的次数。刷新频率这个参数是手机出厂就决定的,取决于硬件的固定参数。

高刷手机,一般就是指高刷新率屏幕,也就是大于一般的60hz,比如90hz,120hz等等。它的特点就在于每秒刷新的频率更高,使得画面更加流畅,顺滑,就算出现丢帧等情况,画面还能保证一个稳定性。

屏幕的刷新过程。

屏幕的刷新过程是每一行从左到右,从上到下,顺序显示像素点。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。如果是60hz的手机,那么每次屏幕刷新的过程占用时间就是16ms(1000/60)左右。

一般一个图形界面的绘制,需要CPU准备数据,然后GPU进行绘制,绘制完写入缓存区,然后屏幕按照刷新频率来从这个缓存区中取图形显示。

所以整个刷新过程是CPU,GPU,屏幕(Display)三方合作的工作关系。

帧率,VSYNC是什么

帧率,就是GPU一秒内绘制操作的帧数,单位是fps。游戏中比较常见,越大也就代表越流畅。所以这个参数并不是固定值,但是如果屏幕刷新频率是60hz,你的帧率大于60fps也就浪费了,所以一般情况下最好是帧率和屏幕刷新频率保持一致,即同样是60fps。这样就能保证一个比较平滑的视觉动画。

VSync,垂直同步,在Android4.1引进,是一种定时发送绘制信号的机制,它的作用就是让帧率和屏幕刷新率保持一致,防止跳帧卡顿等等。玩过lol的朋友应该都知道,设置界面就可以开启垂直同步选项。

正常如果没有开启vsync,屏幕刷新有可能会出现什么问题呢?

如图,由于CPU,GPU绘制图像的时间不定,所以就有可能会发生卡顿情况,也就是下一帧的数据没准备好,无法正常显示到屏幕上。

如果我们开启vsync,也就是给CPU和GPU规定了开始绘制帧数据的时间。开启后,系统会每16ms就发送一次vsync信号,CPU收到信号就开始处理数据,然后GPU绘制图像。这样就把16ms最大化的利用起来了,只要CPU和GPU16ms之内把下一帧数据处理好,那么屏幕就能从缓存区中拿到下一帧数据并显示出来了。如图:

所以vsync信号就是为了保证16ms绘制出一帧的数据出来。使得屏幕每16ms刷新一次,就能用到最新的帧数据了。这样画面就是比较流畅的了。

这整个过程其实就在Choreographer类中实现的,包括同步屏障的使用也在其中,下次会具体讲到。

单缓存,双缓存,三缓存

  • 单缓存。就是CPU计算好的数据交给GPU,然后GPU进行图像绘制,最后放到缓存区。而屏幕就直接从这个缓存区中拿到数据并显示。

但是这样做有个问题就是,因为Display和GPU都是操作的同一个缓存,就会出现同一个画面中有不同帧的数据。比如屏幕刷新的时候,第二帧还没绘制完,那么缓存中就有第二帧数据还有第一帧残留的数据,这样显示出来的画面就有两个帧的画面了,比如画面撕裂

  • 双缓存。这个双缓存就是设计出来解决单缓存问题的。既然Display和GPU不能共用一个缓存,那么就设计两个缓存就可以啦。

FrameBuffer来做显示输出,也就是屏幕每次从这个缓存中取图形数据。BackBuffer用来放下一帧的画面,也就是CPU每次绘制数据到这个缓存中。然后当CPU完整绘制完下一帧图形,也就是BackBuffer准备好,屏幕也显示完上一帧数据的时候,就进行缓存交换,把数据同步到FrameBuffer。而这个缓存交换点,就是vsync信号时刻。

  • 三缓存。 Android4.1 引入,一般来说,双缓存就能够使用了,但是为什么还有一个三缓存呢?看图:

双缓存情况下,如果CPU/GPU处理数据过慢,就会发生上图的情况。也就是vsync信号来的时候,上一帧数据还没绘制完,于是A数据图片显示了两帧的时间,而且由于vsync来的时候cpu才开始处理数据,而图上vsync来的时候,GPU还在处理数据,导致GPU处理完了之后,无法触发下一帧数据的处理,浪费了一大半时间。后面情况类似,只要CPU/GPU处理数据过慢,就会发生Jank(卡顿等问题)

所以这时候就引入了第三个缓存,如图:

如图所示,在vsync来的时候,如果GPU还没处理好数据帧B的图形,这时候第三个缓存区可以来处理后面C帧的数据,然后第二个vsync信号来的时候,虽然第三缓存区还在用作处理C帧数据,但是之前的BackBuffer又可以来缓存下一帧的数据了。

这样一来,虽然A帧数据还是显示了两个时间点,但是后面由于有新Buffer的加入,可以保证后续图像显示能正常平滑的显示了。就相当于多了一个劳动力,可以最大限度利用好时间。

代码中修改了UI,屏幕是怎么进行刷新的?

当我们用代码修改了UI,比如使用了setText,修改Textview的值。这时候屏幕不会马上绘制刷新。而是会调用到invalidate方法请求重绘,然后会向VSYNC服务发送请求,等到下一个VSYNC信号触发的时候,就开始上面说过的流程,也就是处理数据,绘制图像,具体所做的工作就是测量—布局—绘制。接着,屏幕就可以拿到缓存区中绘制好的图像并显示到屏幕上了。

所以任何UI的改变,都要遵从上述所说的VSYNC机制,只是这个过程很短。当然为了保证最快时间绘制到屏幕上,而不让其他消息影响到VSYNC的响应速度,就加入了同步屏障。

如果界面保持静止不变,屏幕会刷新吗?图像会被重新绘制吗?

首先,屏幕刷新频率这个是不会变的,也就是每隔16ms左右就会进行一次刷新,而刷新的帧数据就是我们的程序内部在接收到刷新的vsync信号之后,经过计算绘制后的图像数据。

但是,app并不是每一个vsync信号都能接收到的,只有当应用有绘制需求的时候,才会通过scheduledVsync 方法申请VSYNC信号,然后下一个屏幕刷新的信号才能被我们的程序所接收到,也就是Choreographer类的onVsync方法才能被执行,然后就开始测量—布局—绘制等工作了。

所以,如果界面不变化,我们的程序就收不到VSYNC信号,也就无法处理数据进行绘制了。只有当需要改变界面的时候,才会去申请这个屏幕刷新服务,才能接收到VSYNC信号。这种情况下,屏幕还会进行刷新,只不过刷新的都是同样的图像数据。

参考

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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posted @ 2021-01-05 10:23  jimuzz  阅读(150)  评论(0编辑  收藏