那些 Android 程序员必会的视图优化策略

android studio 下载 | 2018-09-20 15:45

本文由玉刚说写作平台提供写作赞助原作者:四月葡萄

现在的APP一些视觉效果都很炫,往往在一个界面上堆叠了很多视图,这很容易出现一些性能的问题,严重的话甚至会造成卡顿。因此,我们在开发时必须要平衡好设计效果和性能的问题。

本文主要讲解如何对视图和布局进行优化:包括如何避免过度绘制,如何减少布局的层级,如何使用ConstraintLayout等等。

过度绘制(Overdraw)指的是屏幕上的某个像素在同一帧的时间内被绘制了多次。

举个例子:在多层次的UI结构里面,如果不可见的UI也进行绘制操作,那么就会造成某些像素区域被绘制了多次。这会浪费大量的CPU以及GPU资源。这是我们需要避免的。

Android手机上面的开发者选项提供了工具来检测过度绘制,可以按如下步骤来打开:

开发者选项->调试GPU过度绘制->显示过度绘制区域

如下图所示:

可以看到,界面上出现了一堆红绿蓝的区域,我们来看下这些区域代表什么意思:

需要注意的是,有些过度绘制是无法避免的。因此在优化界面时,应该尽量让大部分的界面显示为真彩色(即无过度绘制)或者为蓝色(仅有 1 次过度绘制)。尽量避免出现粉色或者红色。

可以采取以下方案来减少过度绘制:

1.移除布局中不需要的背景2.将layout层级扁平化3.减少透明度的使用

一些布局中的背景由于被该视图上所绘制的内容完全覆盖掉,因此这个背景实际上多余的,如果没有移除这个背景的话,将会产生过度绘制。我们可以使用以下方案来移除布局中不需要的背景:

1.移除Window默认的Background2.移除控件中不需要的背景

通常,我们使用的theme都会包含了一个windowBackground,比如某个theme的如下:

<item name="android:windowBackground">@color/background_material_light</item>然后,我们一般会给布局一个背景,比如:

<android.support.constraint.ConstraintLayout    ...    android:background="@mipmap/bg">这就导致了整个页面都会多了一次绘制。

那么其解决办法也很简单,把windowBackground移除掉就可以了,有以下两种方法来解决,随便使用其中一种即可:

1.在theme中设置

<style name="AppTheme" parent="主题">        <item name="android:windowBackground">@null</item>    </style>2.在Activity的onCreate()方法中添加:

getWindow().setBackgroundDrawable(null);直接来看下优化前后的对比图:

优化前,由于需要绘制windowBackground以及布局的background,即有1次过度绘制,因此整个界面是蓝色的,同时hello world文字部分再进行了一次绘制,所以变绿了。

优化后,由于不需要绘制windowBackground,仅仅只需要绘制布局的background,因此整个界面显示的是原本的真彩色。文字部分再进行一次绘制,也只是蓝色而已。

下面先来看个例子,根布局LinearLayout设置了一个背景,然后它的子控件3个TextView中有两个设置了同样的背景,布局如下所示:

<LinearLayout xmlns:android=""              android:layout_width="match_parent"              android:layout_height="match_parent"              android:background="#ffffffff"              android:orientation="vertical">    <TextView        android:layout_width="wrap_content"        android:layout_height="wrap_content"        android:background="#ffffffff"        android:text="test0"/>    <TextView        android:layout_width="wrap_content"        android:layout_height="wrap_content"        android:text="test1"/>    <TextView        android:layout_width="wrap_content"        android:layout_height="wrap_content"        android:background="#ffffffff"        android:text="test2"/></LinearLayout>其显示结果如下:

可以看到,2个使用了跟父布局同样背景的TextView会导致了一次过度绘制。

那么,我们平时只需要遵循以下两个原则就可以减少次过度绘制:

1.对于子控件,如果其背景颜色跟父布局一致,那么就不用再给子控件添加背景了。2.如果子控件背景五颜六色,且能够完全覆盖父布局,那么父布局就可以不用添加背景了。

往往我们在写界面的时候都会使用基本布局来实现,这可能会出现一些性能问题。比如:使用嵌套的LinearLayout可能会导致布局的层次结构变得过深。另外,如果在LinearLayout中使用了layout_weight的话,那么他的每一个子 view都需要测量两次。特别是用在 ListView 和 GridView 时,他们会被反复测量。

布局嵌套过多的话会导致过度绘制,从而降低性能,因此我们需要将布局的层次结构尽量扁平化。

之前的Android SDK工具包含了一个名为Hierarchy Viewer的工具,可以在应用运行时分析布局。但是在Android Studio 3.1之后,Hierarchy Viewer就给移除掉了。并且Android的团队表示不再开发Hierarchy Viewer。所以这里就不介绍Hierarchy Viewer。

这里使用Android推荐的Layout Inspector来查看layout的层次结构。

在Android Studio中点击Tools > Android > Layout Inspector。然后在出现的 Choose Process 对话框中,选择想要检查的应用进程即可。

Layout Inspector会自动捕获快照,然后会显示以下内容:

View Tree:视图在布局中的层次结构。

Screenshot:每个视图可视边界的设备屏幕截图。

Properties Table:选定视图的布局属性。

通过左侧View Tree即可看到布局中的层次结构。

偷偷提一句,Layout Inspector也可以用来分析别人APP的布局。

假如要实现以下布局:

所以,合理选择不同的布局能够减少嵌套。

通过<include>标签能够复用布局。

比如,我们要复用如下的一个布局,一个垂直的线性布局包含一个ImageView和TextView,其布局文件layout_include.xml如下:

<LinearLayout    xmlns:android=""    android:layout_width="wrap_content"    android:layout_height="wrap_content"    android:orientation="vertical">    <ImageView        ...        />    <TextView        ...        /></LinearLayout>然后我们就可以通过<include>来复用这个布局了,其布局文件activity_include.xml如下:

<LinearLayout    xmlns:android=""    android:layout_width="match_parent"    android:layout_height="match_parent"    android:background="#fff"    android:orientation="vertical">    <include layout="@layout/layout_include"/>    <include layout="@layout/layout_include"/>    <include layout="@layout/layout_include"/></LinearLayout>但是上面这个例子会有个问题:其父布局是垂直的线性布局,include进来的也是垂直的线性布局,这就会造成了布局嵌套,而且这种嵌套是没必要的,那么就可以使用<merge>标签来减少这种嵌套。将layout_include.xml改成以下即可:

<merge    xmlns:android=""    android:layout_width="wrap_content"    android:layout_height="wrap_content">    <ImageView        ...        />    <TextView        ...        /></merge>我们可以用Layout Inspector来看下使用<merge>标签优化前后的布局层次结构:

lint是一个静态代码分析工具,可以用来协助优化布局的性能。要使用lint,点击Analyze> Inspect Code即可,如下图所示:

下面是lint的一些优化技巧:

使用复合图片如果一个线性布局中包含一个 ImageView 和一个 TextView,可以使用复合图片来替换掉

合并根节点如果一个FrameLayout 是整个布局的根节点,并且也没有提供背景、留白等等,那么可以使用<merge>标签来替换掉,因为DecorView本身就是一个FrameLayout。

移除布局中无用的叶子布局是一个树形的结构,如果一个布局没有子 View 或者背景,那么可以把它移除掉(这布局本身就不可见了)。

移除无用的父布局如果一个布局没有兄弟,也不是ScrollView 或者根 View,并且也没有背景,那么可以把这个父布局移除掉,然后把它的子view移到它的父布局下。

避免过深的层次结构过多的布局嵌套不利于性能,可以使用更扁平化的布局,如RelativeLayout、GridLayout、ConstraintLayout等布局来提高性能。布局默认的最大深度为10。

lint的功能其实很强大,可以用来检测优化各个方面,平时我们遇到lint的一些警告,能修复优化的话就尽量去完善掉。

对于不透明的view,只需要渲染一次即可把它显示出来。但是如果这个view设置了alpha值,则至少需要渲染两次。这是因为使用了alpha的view需要先知道混合view的下一层元素是什么,然后再结合上层的view进行Blend混色处理。透明动画、淡入淡出和阴影等效果都涉及到某种透明度,这就会造成了过度绘制。可以通过减少渲染这些透明对象来改善过度绘制。比如:在TextView上设置带透明度alpha值的黑色文本可以实现灰色的效果。但是,直接通过设置灰色的话能够获得更好的性能。

下面我们自定义一个View用来显示多张重叠的表情包,效果图如下:

@Override    protected void onDraw(Canvas canvas) {        super.onDraw(canvas);        for (int i = 0; i < imgs.length; i++) {            canvas.drawBitmap(imgs[i], i * 100, 0, mPaint);        }    }显示过度绘制区域:

我们先来分析一下为什么会出现过度绘制:以第一张图为例,上面的代码会把整张图都绘制出来了,第二张在第一张上面继续绘制,这就造成了过度绘制。

那么,解决办法也很简单,对于前面的n-1张图,我们只需要绘制一部分即可,对于最后一张才绘制完整的。

Canvas中的clipRect()方法能够设置一个裁剪矩形,只在这个矩形区域内的内容才能够绘制出来。

优化后的代码如下:

protected void onDraw(Canvas canvas) {        super.onDraw(canvas);        for (int i = 0; i < imgs.length; i++) {            canvas.save();            if (i < imgs.length - 1) {                //前面的n-1张图,只裁剪一部分                canvas.clipRect(i * 100, 0, (i + 1) * 100, imgs[i].getHeight());            } else if (i == imgs.length - 1) {                //最后一张,完整的                canvas.clipRect(i * 100, 0, i * 100 + imgs[i].getWidth(), imgs[i].getHeight());            }            canvas.drawBitmap(imgs[i], i * 100, 0, mPaint);            canvas.restore();        }优化后的效果图如下:

Canvas除了clipRect()方法外,还有clipPath()等方法,优化时选择合理的方法去裁剪即可。

除了避免过度绘制之外,还有一些其他的优化技巧能够帮我们提升性能。这里简单介绍一下一些比较常用的技巧。

在无嵌套布局的情况下,FrameLayout和LinearLayout的性能比RelativeLayout更好。因为RelativeLayout会测量每个子节点两次。

ConstraintLayout的性能比RelativeLayout更好,推荐使用ConstraintLayout。后面会介绍ConstraintLayout的使用。

使用<include>标签提取布局的公用部分,能够提高布局的复用性。具体例子这里就不写了,可以回头看看<merge>标签那一小节的例子。

在项目中,有些复杂的布局很少使用到,比如进度指示器等等。那么我们可以通过<ViewStub>标签来实现在需要时才加载布局。使用<ViewStub>能够减少内存的使用并且加快渲染速度。

ViewStub是一个轻量级的视图,它没有尺寸,也不会绘制任何内容和参与布局。下面是一个ViewStub的例子:

<ViewStub    android:id="@+id/stub_import"    android:inflatedId="@+id/panel_import"    android:layout="@layout/progress_overlay"    android:layout_width="fill_parent"    android:layout_height="wrap_content"    android:layout_gravity="bottom" />这里的panel_import就是具体要加载的布局ID。

通过以下代码即可在需要时加载布局:

findViewById(R.id.stub_import)).setVisibility(View.VISIBLE);或者View importPanel = ((ViewStub) findViewById(R.id.stub_import)).inflate();一旦布局加载后,ViewStub就不再是原来布局的一部分了,它会被新加载进来的布局替换掉。需要注意的是,ViewStub不支持<merge>标签。

onDraw()中不要创建新的局部变量,因为onDraw()方法可能会被频繁调用,大量的临时对象会导致内存抖动,会造成频繁的GC,从而使UI线程被频繁阻塞,导致画面卡顿。

Android要求每帧的绘制时间不超过16ms,在onDraw()进化耗时操作的话,轻则掉帧,严重的话会造成卡顿。

点击开发者模式->监控->GPU呈现模式,然后选择 在屏幕上显示为条形图 即可以看到一个图表。

如下图所示:

1.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)。2.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。

再来看下每个竖条的颜色代表什么意思:注意:这是在Android6.0以上才有的颜色,6.0以下只有3、4种,所以建议使用6.0以上的设备来查看。

如果存在一大段的竖条都超过了绿线,则我们可以去分析是哪个阶段的时间花费比较多,然后针对性的去优化。

ConstraintLayout是Android新推出的一个布局,其性能更好,连官方的hello world都用ConstraintLayout来写了。所以极力推荐使用ConstraintLayout来编写布局。

ConstraintLayout,可以翻译为约束布局,在2016年Google I/O 大会上发布。我们知道,当布局嵌套过多时会出现一些性能问题。之前我们可以去通过RelativeLayout或者GridLayout来减少这种布局嵌套的问题。现在,我们可以改用ConstraintLayout来减少布局的层级结构。ConstraintLayout相比RelativeLayout,其性能更好,也更容易使用,结合Android Studio的布局编辑器可以实现拖拽控件来编写布局等等。

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