安卓 App 性能专项测试之流畅度深度解析-上篇

Posted 2021-11-29 yyoba

指标背景

流畅度，顾名思义是用户感知使用App页面时的流畅情况，“App卡不卡”，这是用户最直接的感受。
但是要用量化之后的数据衡量流畅度，在android平台这边并没有直接有效的方式/手段去监控。

帧率&刷新频率

首先需要了解到两个概念：

刷新频率（Refresh Rate）

代表屏幕在一秒内刷新操作的次数，这取决于硬件的固定参数，例如60HZ。

帧率（Frame Rate）

代表GPU在一秒内绘制操作的帧数，例如常见的24fps，60fps，单位是fps（每秒帧数），很多游戏里面也会有这个指标。

24fps&60fps

现在电影行业默认的规则帧率是需要24fps，除了一些极个别的电影超高帧率之外（如李安的比利林恩.中场战事达到超高帧率120fps），辣么有的同学就问了：是不是帧率越高越好，这里可以给到你肯定的回答：是的！就像显示器的分辨率一样，之前认为1080p足够了，现在用到了4K，5K之后才发现以前的真没法看。当然支持高帧率也需要对应的硬件设备，emm..话题跑偏了，回到Android流畅度上来，现在Android平台App或者是游戏普遍需要达到60fps用户肉眼才能感觉到“不卡”。咦？不是24fps吗？那么问题来了，为什么电影只需要24fps就能是流畅的效果，而App/游戏需要达到60fps？

动态模糊

首先小伙伴们可以看下这张图，设计功力较渣，大家见谅

第一部分为电影物体运动轨迹，不理解，没关系，再来看下这张图

wtf？？？并不是电影不高清，而且主角在激烈的战斗啊！！！
怎么样，相信聪明如你应该懂了，电影每帧不仅会记录当前时间点的信息，还会记录物体的运行轨迹。所以我们看到是模糊的效果。
但是游戏/App的帧呢？请看下半部分，每帧只会记下当前时间点的信息，并不会记录物体的运行轨迹，每一帧都是清晰的，经过GPU渲染加载出来的。
所以动态模糊也是为什么电影只需要24fps的一个原因，那么除了动态模糊还有别的因素会影响的吗？
有的！

帧间隔/垂直同步/Vsync

说到帧间隔这个名词大家可能比较陌生，垂直同步相信很多玩游戏的小伙伴在游戏的设置菜单有见过，那么他是用来做什么的呢？
还是来看下面这张图：

可以看到在电影播放的时候，每帧的间隔时间都是相等的，过度非常平滑。
而在游戏帧/App帧，可能有些场景帧间隔时间较大（比如人民群众喜闻乐见的国民级手游王者荣耀在团战的时候），有些场景间隔时间较小（页面不复杂/简单应用场景），为什么会造成这个原因呢？
这得从App的渲染机制/原理讲起，CPU负责将页面的布局/元素进行计算将数据推给GPU进行处理，GPU负责进行栅格化（也就是将UI元素绘制到屏幕上），所以帧间隔时间跟页面结构复杂程度相关，页面结构越复杂，CPU/GPU所需要的时间越多。
讲到这里，可能有些同学马上想到是不是可以有某种技术可以让帧间隔的时间保持一致？没错，就是垂直同步！系统会每间隔一段时间发送一个Vsync同步信号，当接收到了Vsync就会刷FrameBuffer（简单理解就是去刷新屏幕显示），所以有了垂直同步可以解决掉帧间隔不同步的问题。但是事情往往不会这么简单的，有了垂直同步就可以高枕无忧了吗？并不会！

丢帧

虽然开启了垂直同步能够保证帧间隔时间相等，但是能够保证每帧都能够及时的渲染出来吗？并不能，来看下面这张图：

系统会每隔16ms去发送Vsync信号通知CPU/GPU可以开始渲染工作了，为什么是16ms？机智如你应该能想到60fps的倒数就是16.67ms（省略后面的小数点）。如果要能够达到60fps的话，那么就要求每一帧都应该在16ms之内绘制完毕，否则就出现了右边图里面的情况-丢帧！16ms之内没有完成该帧的绘制，那么就必须要等到下次系统的Vsync信号过来了，中间经过的时间就是16ms*2（大致为34ms）。而且丢帧也是App卡顿的根本原因！！！

好了，关于流畅度的解析就先到这里，下篇再给大家讲解怎么监控指标以及怎么测试的问题。