• 检查 GPU 渲染速度和绘制过度
    • 分析 GPU 的渲染速度
      • 启用分析器
      • 检查输出
    • 将 GPU 过度绘制可视化

    检查 GPU 渲染速度和绘制过度

    Android 包含一些设备上开发者选项，可帮助您直观地了解您的应用在何处出现界面渲染问题，如执行太多不必要的渲染工作，或执行长时间的线程和 GPU 操作。本页介绍如何调试 GPU 过度绘制问题以及如何分析 GPU 渲染问题。

    如需了解有关设备上开发者选项的更多信息，包括如何启用它们，请阅读配置设备上开发者选项。

    分析 GPU 的渲染速度

    Profile GPU Rendering 工具以滚动直方图的形式直观地显示渲染界面窗口帧所花费的时间（以每帧 16 毫秒的速度作为对比基准）。

    在性能较低的 GPU 上，可用的填充率（GPU 填充帧缓冲区的速度）可能很低。 随着绘制帧所需的像素数增加，GPU 可能需要花较长时间来处理新命令，并要求系统的其余任务等待，直到系统可以跟上需求。此分析工具可帮助您确定 GPU 何时因尝试绘制像素而负担过重，或何时因大量的过度绘制而被拖累。

    注：此分析工具不适用于使用 NDK 的应用。 这是因为当 OpenGL 提取全屏上下文时，系统会将框架消息推送到后台。 在此情况下，您可能会发现 GPU 制造商提供的分析工具会很有帮助。

    启用分析器

    开始前，请确保您使用的是运行 Android 4.1（API 级别 16）或更高版本的设备，并启用开发者选项。要在使用应用时开始分析设备 GPU 渲染，请执行以下操作：

    • 在您的设备上，转到 Settings 并点按 Developer Options。
    • 在 Monitoring 部分，选择 Profile GPU Rendering。
    • 在 Profile GPU Rendering 对话框中，选择 On screen as bars 以在设备屏幕上叠加图表。
    • 打开您要分析的应用。

    检查输出

    在图 1 中显示的放大的 Profile GPU Rendering 图表图像中，您会看到 Android 6.0（API 级别 23）上显示的彩色部分。

    Inspect GPU rendering - 图1

    图 1. 放大的 Profile GPU Rendering 图表。

    以下是有关输出的几点注意事项：

    • 对于每个可见应用，此工具将显示一个图表。
    • 沿水平轴的每个竖条都代表一个帧，每个竖条的高度表示渲染该帧所花的时间（单位：毫秒）。
    • 水平绿线表示 16 毫秒。 要实现每秒 60 帧，代表每个帧的竖条需要保持在此线以下。 当竖条超出此线时，可能会使动画出现暂停。
    • 此工具通过加宽对应的竖条并降低透明度来突出显示超出 16 毫秒阈值的帧。
    • 每个竖条都有与渲染管道中某个阶段对应的彩色区段。 区段数因设备的 API 级别而异。
      下表介绍了使用运行 Android 6.0 及更高版本的设备时分析器输出中某个竖条的每个区段。
    竖条区段渲染阶段说明
    交换缓冲区 表示 CPU 等待 GPU 完成其工作的时间。 如果此竖条升高，则表示应用在 GPU 上执行太多工作。
    命令问题 表示 Android 的 2D 渲染器向 OpenGL 发起绘制和重新绘制显示列表的命令所花的时间。 此竖条的高度与它执行每个显示列表所花的时间的总和成正比—显示列表越多，红色条就越高。
    同步和上传 表示将位图信息上传到 GPU 所花的时间。 大区段表示应用花费大量的时间加载大量图形。
    绘制 表示用于创建和更新视图显示列表的时间。 如果竖条的此部分很高，则表明这里可能有许多自定义视图绘制，或 onDraw 函数执行的工作很多。
    测量/布局 表示在视图层次结构中的onLayout) 和onMeasure) 回调上所花的时间。 大区段表示此视图层次结构正在花很长时间进行处理。
    动画 表示评估运行该帧的所有动画程序所花的时间。 如果此区段很大，则表示您的应用可能在使用性能欠佳的自定义动画程序，或因更新属性而导致一些意料之外的工作。
    输入处理 表示应用执行输入 Event 回调中的代码所花的时间。 如果此区段很大，则表示此应用花太多时间处理用户输入。 考虑将此处理任务分流到另一个线程。
    其他时间/VSync 延迟 表示应用执行两个连续帧之间的操作所花的时间。 它可能表示界面线程中进行的处理太多，而这些处理任务本可以分流到其他线程。

    表 1. Android 6.0 及更高版本中的竖条区段。

    4.0（API 级别 14）和 5.0（API 级别 21）之间的 Android 版本具有蓝色、紫色、红色和橙色区段。 低于 4.0 的 Android 版本只有蓝色、红色和橙色区段。下表显示的是 Android 4.0 和 5.0 中的竖条区段。

    竖条区段渲染阶段说明
    进程 表示 CPU 等待 GPU 完成其工作的时间。 如果此竖条升高，则表示应用在 GPU 上执行太多工作。
    执行 表示 Android 的 2D 渲染器向 OpenGL 发起绘制和重新绘制显示列表的命令所花的时间。 此竖条的高度与它执行每个显示列表所花的时间的总和成正比—显示列表越多，红色条就越高。
    XFer 表示将位图信息上传到 GPU 所花的时间。 大区段表示应用花费大量的时间加载大量图形。 此区段在运行 Android 4.0 或更低版本的设备上不可见。
    更新 表示用于创建和更新视图显示列表的时间。 如果竖条的此部分很高，则表明这里可能有许多自定义视图绘制，或 onDraw 函数执行的工作很多。

    表 2. Android 4.0 及 5.0 中的竖条区段。

    如需详细了解如何解释分析工具提供的信息，请阅读使用 Profile GPU Rendering 进行分析。

    注：尽管此工具名为 Profile GPU Rendering，但所有受监控的进程实际上发生在 CPU 中。 通过将命令提交到 GPU 触发渲染，GPU 异步渲染屏幕。 在某些情况下，GPU 会有太多工作要处理，在它可以提交新命令前，您的 CPU 必须等待。在等待时，您将看到橙色条和红色条中出现峰值，且命令提交将被阻止，直到 GPU 命令队列腾出更多空间。

    将 GPU 过度绘制可视化

    这是开发者选项中的另一个功能，通过对您的界面进行彩色编码来帮助您识别过度绘制。 当您的应用在同一帧中多次绘制相同像素时，便会发生过度绘制。 因此，此图可显示您的应用可能在何处执行太多不必要的渲染工作，这可能是 GPU 多此一举地渲染用户不可见的像素所导致的性能问题。 因此，您应尽可能修复过度绘制 Event。

    如果您尚未执行此操作，请启用开发者选项。然后，要在您的设备上可视化过度绘制问题，请执行以下操作：

    • 在您的设备上，转到 Settings 并点按 Developer Options。
    • 向下滚动到 Hardware accelerated rendering 部分，并选择 Debug GPU Overdraw。

    • 在 Debug GPU overdraw 对话框中，选择 Show overdraw areas。
      Android 按如下方法为界面元素设置颜色，以便确定过度绘制的次数：

    • 真彩色： 没有过度绘制

    • Inspect GPU rendering - 图2蓝色： 过度绘制 1 次
    • Inspect GPU rendering - 图3绿色： 过度绘制 2 次
    • Inspect GPU rendering - 图4粉色： 过度绘制 3 次
    • Inspect GPU rendering - 图5红色： 过度绘制 4 次或更多

    Inspect GPU rendering - 图6
    图 2. 某个应用正常时的样子（左侧），以及它在 GPU 过度绘制后的样子（右侧）

    请注意，这些颜色是半透明的，因此，您在屏幕上看到的确切颜色取决于您的界面内容。

    现在，您可以了解您的布局中何处出现了过度绘制，请阅读如何减少过度绘制。

    请记住，有些过度绘制是不可避免的。 在优化您的应用的界面时，应尝试达到大部分显示真彩色或仅有 1 次过度绘制（蓝色）的视觉效果。

    Inspect GPU rendering - 图7
    图 3. 大量过度绘制的应用（左侧）以及很少过度绘制的应用（右侧）的示例