前置硬件知識
- 刷新率（Refresh Rate）：代表了屏幕在一秒內(nèi)刷新屏幕的次數(shù)欣除，這取決于硬件的固定參數(shù)，例如 60Hz挪略。
- 幀率（Frame Rate）：代表了 GPU 在一秒內(nèi)繪制操作的幀數(shù)历帚，例如 30fps，60fps杠娱。
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GPU（Graphics Processing Unit）主要負(fù)責(zé) Rasterization（柵格化）操作挽牢。柵格化是指將向量圖形格式表示的圖像轉(zhuǎn)換成位圖（像素）以用于顯示設(shè)備輸出的過程，簡單來說就是將我們要顯示的視圖摊求，轉(zhuǎn)換成用像素來表示的格式禽拔。柵格化是一個(gè)非常耗時(shí)的工作。
圖片一
4.畫面撕裂（Tearing） GPU 會(huì)獲取圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染，然后硬件負(fù)責(zé)把渲染后的內(nèi)容呈現(xiàn)到屏幕上睹栖，他們兩者不停的進(jìn)行協(xié)作硫惕。如果刷新率和幀率，各自做自己的事野来，不相互協(xié)調(diào)工作恼除，那么刷新頻率和幀率并不總能夠保持相同的節(jié)奏。如果發(fā)生幀率與刷新頻率不一致的情況梁只，就會(huì)容易出現(xiàn)畫面撕裂（Tearing）的現(xiàn)象缚柳，也就是畫面上下兩部分顯示內(nèi)容發(fā)生斷裂，來自不同的兩幀數(shù)據(jù)發(fā)生重疊搪锣。
Android 黃油計(jì)劃
為了解決 Android 系統(tǒng)中最飽受詬病的一個(gè)問題秋忙，滑動(dòng)不如 iOS 流暢。因此谷歌在 4.1 版本引入了一個(gè)重大的改進(jìn)—Project Butter——黃油計(jì)劃
Project Butter 對 Android Display 系統(tǒng)進(jìn)行了重構(gòu)构舟，引入了三個(gè)核心元素灰追，即 VSYNC、Triple Buffer 和 Choreographer狗超，
我們接下來一一介紹
VSYNC（Vertical Synchronization）
垂直同步(vsync)指的是顯卡的輸出幀數(shù)和屏幕的垂直刷新率相同弹澎。在當(dāng)下，垂直同步的含義我們可以理解為努咐，使得顯卡生成幀的速度和屏幕刷新的速度的保持一致苦蒿。舉例來說，如果屏幕的刷新率為 60Hz渗稍，那么生成幀的速度就應(yīng)該被固定在 16ms佩迟。
上文中我們知道了tearing現(xiàn)象以及產(chǎn)生原因而 VSYNC 最重要的作用是防止出現(xiàn)畫面撕裂。
VSYNC 信號是由屏幕（顯示設(shè)備）產(chǎn)生的竿屹，并且以 60fps 的固定頻率發(fā)送給 Android 系統(tǒng)报强，Android 系統(tǒng)中的 SurfaceFlinger 接收發(fā)送的 VSYNC 信號。VSYNC 信號表明可對屏幕進(jìn)行刷新而不會(huì)產(chǎn)生撕裂拱燃。當(dāng) SurfaceFlinger 接收到 VSYNC 信號后秉溉，SurfaceFlinger 會(huì)遍歷其層列表，以查找新的緩沖區(qū)碗誉。如果 SurfaceFlinger 找到新的緩沖區(qū)召嘶，SurfaceFlinger 會(huì)獲取緩沖區(qū)；否則哮缺，SurfaceFlinger 會(huì)繼續(xù)使用上一次獲取的那個(gè)緩沖區(qū)苍蔬。SurfaceFlinger 必須始終顯示內(nèi)容，因此它會(huì)保留一個(gè)緩沖區(qū)蝴蜓。如果在某個(gè)層上沒有提交緩沖區(qū)碟绑，則該層會(huì)被忽略俺猿。
通常來說，幀率超過刷新頻率只是一種理想的狀況格仲，在超過 60fps 的情況下押袍，GPU 所產(chǎn)生的幀數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)榈却?VSYNC 的刷新信息而被 Hold 住，這樣能夠保持每次刷新都有實(shí)際的新的數(shù)據(jù)可以顯示凯肋。但是我們遇到更多的情況是幀率小于刷新頻率谊惭。
在這種情況下，某些幀顯示的畫面內(nèi)容就會(huì)與上一幀的畫面相同侮东。糟糕的事情是圈盔，幀率從超過 60fps 突然掉到 60fps 以下，卡頓掉幀的不順滑的情況悄雅。這也是用戶感受不好的原因所在驱敲。
接下來，我們以具體示例來看 VSYNC 的作用宽闲。
沒有 VSYNC 的情況
- 這個(gè)圖中有三個(gè)元素众眨，Display 是顯示屏幕，GPU 和 CPU 負(fù)責(zé)渲染幀數(shù)據(jù)容诬，每個(gè)幀以方框表示娩梨，并以數(shù)字進(jìn)行編號，如0览徒、1狈定、2等等。
- CPU 正常執(zhí)行幀1习蓬，GPU 正常渲染幀1纽什，所以幀1正常顯示。
但友雳，CPU 由于被占用等原因稿湿，等到即將顯示幀2時(shí)铅匹，它才開始處理第二幀的內(nèi)容押赊，這顯然完不成了，所以等到第二幀顯示的時(shí)候包斑，只能使用上一幀的內(nèi)容顯示了流礁，也即是丟幀了。 - 上面丟幀的原因罗丰，我們可以從圖中看出神帅，是因?yàn)樾碌囊粠_始的時(shí)候，CPU 在處理其他任務(wù)萌抵，并沒有馬上執(zhí)行下一幀的任務(wù)找御。
使用VSYNC 的情況
- 第0幀顯示時(shí)元镀，CPU 和 GPU 準(zhǔn)備好了第一幀的內(nèi)容。
- 第1幀剛開始顯示時(shí)霎桅，CPU 放下手中的任務(wù)栖疑，立馬處理第2幀顯示相關(guān)的任務(wù)，這樣滔驶，在第二幀顯示之前遇革， CPU 和 GPU 也提前完成了顯示任務(wù)的處理，第二幀正常顯示揭糕。
可以看到萝快，使用 VSYNC 信號機(jī)制，提升了渲染任務(wù)的優(yōu)先級著角，優(yōu)化了渲染性能揪漩，可有效的減少了丟幀、卡頓等問題雇寇。
但是上圖中仍然存在一個(gè)問題：CPU 和 GPU 處理數(shù)據(jù)的速度似乎都能在 16ms 內(nèi)完成氢拥，而且還有時(shí)間空余，也就是說锨侯，CPU 和 GPU 的幀率要高于 Display 的幀率嫩海。由于 CPU/GPU 只在收到 VSYNC 時(shí)才開始數(shù)據(jù)處理，故它們的幀率被拉低到與 Display 相同囚痴。但這種處理并沒有什么問題叁怪，因?yàn)?Android 設(shè)備的 Display FPS 一般是 60，其對應(yīng)的顯示效果非常平滑深滚。
但如果 CPU/GPU 的幀率小于 Display 的幀率奕谭，情況又不同了，將會(huì)發(fā)生如下圖的情況：
在第二個(gè) 16ms 時(shí)間段痴荐，Display 本應(yīng)顯示 B 幀血柳，但卻因?yàn)?GPU 還在處理 B 幀，導(dǎo)致 A 幀被重復(fù)顯示生兆。
同理难捌，在第二個(gè) 16ms 時(shí)間段內(nèi)，CPU 無所事事鸦难，因?yàn)?A Buffer 被 Display 在使用根吁。B Buffer 被 GPU 在使用。注意合蔽，一旦過了 VSYNC 時(shí)間點(diǎn)击敌，CPU 就不能被觸發(fā)以處理繪制工作了。
以上是使用雙重緩存機(jī)制時(shí)產(chǎn)生的問題拴事，那么又如何來解決呢沃斤？
為了解決這個(gè)問題圣蝎，Android 引入了 Triple Buffer 機(jī)制。
三重緩存機(jī)制（Triple Buffer）
一般我們在繪制 UI 的時(shí)候衡瓶，都會(huì)采用一種稱為“雙緩存”的技術(shù)（例如捅彻，上面幾個(gè)例子）。雙緩存意味著要使用兩個(gè)緩存區(qū)鞍陨，其中一個(gè)稱為 Front Buffer步淹，另外一個(gè)稱為 Back Buffer。UI 總是先在 Back Buffer 中繪制诚撵，然后再和 Front Buffer 交換缭裆，渲染到顯示設(shè)備中。理想情況下寿烟，這樣一個(gè)刷新會(huì)在 16ms 內(nèi)完成澈驼，下圖就是描述的這樣一個(gè)刷新過程：Display 處理前 Front Buffer，CPU筛武、GPU 處理 Back Buffer缝其。
只有兩個(gè) Buffer（Android 4.1之前）時(shí)，CPU 在空閑時(shí)徘六，如果 Back Buffer 被占用了内边，它也只能等待 GPU 使用之后再次進(jìn)行寫入。我們可以想想待锈，如果有第三個(gè) Buffer 的存在漠其，CPU 是不是就可以提前工作，而不至于空閑了竿音？所以和屎，Google 在 Android4.1 以后，引入了三重緩存機(jī)制：Tripple Buffer春瞬。Tripple Buffer 利用 CPU/GPU 的空閑等待時(shí)間提前準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)柴信，并不一定會(huì)使用。
引入 Triple Buffer 效果如下圖所示：
上圖中宽气，第二個(gè) 16ms 時(shí)間段随常，CPU 使用 C Buffer 繪圖。雖然還是會(huì)多顯示 A 幀一次抹竹，但后續(xù)顯示就比較順暢了线罕。
那么止潮，是不是 Buffer 越多越好呢窃判？回答是否定的。由上圖可知喇闸，在第二個(gè)時(shí)間段內(nèi)袄琳，并且大量的緩存數(shù)據(jù)也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存增大询件，以及顯示數(shù)據(jù)是否失效等問題。所以唆樊，Buffer 三個(gè)足矣宛琅。
Choreographer
Android系統(tǒng)從4.1（API 16）開始加入 Choreographer 這個(gè)類來協(xié)調(diào)動(dòng)畫(animations)、輸入(input)逗旁、繪制(drawing)三個(gè)UI相關(guān)的操作
Choreographer 中文翻譯過來是”編舞者“嘿辟，字面上的意思就是優(yōu)雅地指揮以上三個(gè)UI操作一起跳一支舞。Choreographer 從顯示子系統(tǒng)接收定時(shí)脈沖（例如垂直同步——VSYNC 信號）片效，然后安排工作以渲染下一個(gè)顯示幀红伦。
每個(gè)線程都有自己的 Choreographer，其他線程也可以發(fā)布回調(diào)以在 Choreographer 上運(yùn)行淀衣，但它們是運(yùn)行在 Choreographer 所屬的 Looper 上昙读。
通過 Choreographer 可以注冊5種類型的回調(diào)：CALLBACK_INPUT（輸入回調(diào)）、CALLBACK_INPUT（動(dòng)畫回調(diào)）膨桥、CALLBACK_INSETS_ANIMATION（inset updates 相關(guān)的 Animation回調(diào)）蛮浑、CALLBACK_TRAVERSAL（遍歷回調(diào)）和 CALLBACK_COMMIT（提交回調(diào)）。
Choreographer 提供了單例調(diào)用模式只嚣，系統(tǒng)源碼中或者我們在開發(fā)中都是通過單例調(diào)用來使用 Choreographer 的沮稚。
Android系統(tǒng)通過 Choreographer 的 postCallback 方法，添加回調(diào)處理册舞，發(fā)起信號同步流程壮虫。
FrameDisplayEventReceiver（父類： DisplayEventReceiver） 的 scheduleVsync 調(diào)用了 native 層方法 nativeScheduleVsync 來實(shí)現(xiàn) VSYNC 信號的請求（向 SurfaceFlinger 服務(wù)請求 Vsync 信號）。
下一次 VSYNC 信號接收后會(huì)調(diào)用 DisplayEventReceiver 的 dispatchVsync 方法环础。
最終囚似，doFrame 方法順序執(zhí)行所有的事件回調(diào)。
總結(jié)
刷新率（Refresh Rate）：代表了屏幕在一秒內(nèi)刷新屏幕的次數(shù)线得，這取決于硬件的固定參數(shù)饶唤，例如 60Hz。
幀率（Frame Rate）：代表了 GPU 在一秒內(nèi)繪制操作的幀數(shù)贯钩，例如 30fps募狂，60fps。
GPU 會(huì)獲取圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染角雷，然后硬件負(fù)責(zé)把渲染后的內(nèi)容呈現(xiàn)到屏幕上祸穷，他們兩者不停的進(jìn)行協(xié)作。
如果刷新率和幀率勺三，各自做自己的事雷滚，不相互協(xié)調(diào)工作，那么刷新頻率和幀率并不總能夠保持相同的節(jié)奏吗坚。如果發(fā)生幀率與刷新頻率不一致的情況祈远，就會(huì)容易出現(xiàn)畫面撕裂（Tearing）的現(xiàn)象呆万。
從 Android 4.1 開始，谷歌在黃油計(jì)劃中车份，引入了了三個(gè)核心元素谋减，即 VSYNC、Triple Buffer 和 Choreographer扫沼。
VSYNC 信號是由屏幕（顯示設(shè)備）產(chǎn)生的出爹，并且以 60fps 的固定頻率發(fā)送給 Android 系統(tǒng)，Android 系統(tǒng)中的 SurfaceFlinger 接收發(fā)送的 VSYNC 信號缎除。VSYNC 信號表明可對屏幕進(jìn)行刷新而不會(huì)產(chǎn)生撕裂以政。
使用 VSYNC 信號機(jī)制，提升了渲染任務(wù)的優(yōu)先級伴找，優(yōu)化了渲染性能盈蛮，可有效的減少了丟幀、卡頓等問題技矮。
三重緩存機(jī)制（Triple Buffer） 利用 CPU/GPU 的空閑等待時(shí)間提前準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)抖誉，有效的提升了渲染性能
Choreographer 這個(gè)類來協(xié)調(diào)動(dòng)畫(animations)、輸入(input)衰倦、繪制(drawing)三個(gè)UI相關(guān)的操作
