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如何使用 Choreographer 进行帧率优化

article 2024/9/23 22:34:51

Choreographer 是 Android 提供的一个工具类，专门用来协调 UI 帧的渲染。你可以通过 Choreographer 来精确控制帧的绘制时机，以优化帧率，确保应用的流畅度。以下是如何使用 Choreographer 进行帧率优化的详细步骤：

1. 理解 Choreographer 的基本概念

Choreographer#doFrame() 回调：Choreographer 会在每次屏幕刷新时调用 doFrame()，你可以通过它在每个 VSYNC 信号到达时执行 UI 更新操作。它确保你的任务在帧间隔内完成，从而防止掉帧。
VSYNC 信号：手机屏幕以固定频率刷新（通常是 60Hz，对应每 16ms 刷新一次）。Choreographer 基于这个周期触发 doFrame() 回调。

使用 Choreographer 可以保证绘制任务在每次屏幕刷新时得到调用，避免不必要的重复绘制，从而达到帧率优化的目的。

2. 如何使用 Choreographer 进行帧率优化

1. 设置 `Choreographer.FrameCallback` 回调

首先，你需要为 Choreographer 设置一个 FrameCallback，并在每个 VSYNC 信号到达时执行自定义的 UI 更新逻辑。

Choreographer choreographer = Choreographer.getInstance();

// 创建帧回调
Choreographer.FrameCallback frameCallback = new Choreographer.FrameCallback() {
    @Override
    public void doFrame(long frameTimeNanos) {
        // 在这里执行UI更新或动画逻辑
        updateUI();

        // 再次请求下一帧
        choreographer.postFrameCallback(this);
    }
};

// 开始监听帧的回调
choreographer.postFrameCallback(frameCallback);

在 doFrame() 方法中，frameTimeNanos 参数表示当前帧的时间戳，单位是纳秒。

2. 执行 UI 更新或动画

在 doFrame() 回调中执行动画更新或者复杂的 UI 计算时，可以确保任务只在屏幕刷新时才运行，这样避免了过度渲染或无效的计算，从而节省 CPU 资源。例如：

private void updateUI() {
    // 更新视图的位置或动画状态
    imageView.setTranslationX(newXPosition);
    imageView.setTranslationY(newYPosition);

    // 请求重新绘制
    imageView.invalidate();
}

3. 确保帧率稳定（每 16ms 执行一次更新）

每次 VSYNC 信号间隔是 16ms (在 60Hz 刷新率的设备上)，你的任务应该在这个时间内完成。通过 Choreographer，你可以确保你的 UI 更新逻辑精确地同步到每个刷新周期，而不会频繁或者延迟执行。

3. 如何优化掉帧问题

1. 减少主线程负载

主线程在每一帧（16ms）内需要完成一系列任务（如测量、布局、绘制等）。如果任务超过 16ms 的时间限制，Choreographer 无法按时渲染新帧，就会导致掉帧问题。你可以采取以下措施来优化帧率：

将耗时任务移到后台线程：避免在 doFrame() 回调中执行耗时的操作，例如网络请求、数据库操作或文件读取。这些任务应放在后台线程中完成，然后通过 Handler 或 post() 方法将结果传递回主线程更新 UI。

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 耗时操作
        final String result = performHeavyTask();
        
        // 在主线程上更新UI
        new Handler(Looper.getMainLooper()).post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                updateUIWithResult(result);
            }
        });
    }
}).start();

2. 优化布局和绘制

减少布局嵌套：深层次嵌套的布局会导致更长的测量和布局时间。尽量使用扁平化的布局，减少嵌套视图。
优化绘制逻辑：如果你有自定义绘制逻辑，确保只绘制需要更新的部分。尽量避免在每帧中重新绘制整个视图，使用 invalidate(Rect dirty) 仅重绘发生变化的区域。

3. 使用 `View.postOnAnimation()` 优化动画

如果你在处理动画时手动更新视图位置，使用 View.postOnAnimation() 方法可以确保动画在屏幕刷新时执行，而不是在每个循环中不断请求重新绘制。

view.postOnAnimation(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 更新动画状态
        view.setTranslationX(newPositionX);

        // 再次请求下一帧
        view.postOnAnimation(this);
    }
});