Android 性能優化之減少UI過度繪製

什麼是過度繪製（OverDraw）

在多層次重疊的UI結構裡面，如果不可見的UI也在做繪製的操作，會導致某些像素區域被繪製了多次。這樣就會浪費大量的CPU以及GPU資源。過度繪製最直觀的影響就是會導致APP卡頓。還好系統有提供GPU過度繪製調試工具會在屏幕上用不同的顏色，來表明一個像素點位被重覆繪製的次數。

怎樣開啟GPU過度繪製調試工具？

1.點擊進入“設置”；
2.點擊進入“開發者選項”
3.選中“調試GPU過度繪製”
4.選中“顯示過度繪製區域”

此時，你會註意到屏幕的顏色變化了，別緊張。切換到你的應用，現在我們開始瞭解怎麼通過改善佈局來解決過度繪製問題。

屏幕上不同的顏色代表著什麼？

1.原色 – 沒有被過度繪製 – 這部分的像素點只在屏幕上繪製了一次。
2.藍色 – 1次過度繪製– 這部分的像素點只在屏幕上繪製了兩次。
3.綠色 – 2次過度繪製 – 這部分的像素點只在屏幕上繪製了三次。
4.粉色 – 3次過度繪製 – 這部分的像素點只在屏幕上繪製了四次。
5.紅色 – 4次過度繪製 – 這部分的像素點只在屏幕上繪製了五次。

怎麼解決應用過度繪製？

由上面的知識，我們知道要解決過度繪製。即是要儘量減少屏幕上的紅色區域，增加屏幕上的藍色和綠色區域。我們的目標是要控制界面最多被過度繪製2次（不出現粉色和紅色）。

1.合理選擇控制項容器
既然overdraw是因為重覆繪製了同一片區域的像素點，那我們首先想到的是解決佈局問題。Android提供的Layout控制項主要包括LinearLayout、TableLayout、FrameLayout、RelativeLayout（這裡我們不考慮AbsoluteLayout）。同一個界面我們可以使用不同的容器控制項來表達，但是各個容器控制項描述界面的複雜度是不一樣的。一般來說LinearLayout最易，RelativeLayout較複雜。但是尺有所短，寸有所長，LinearLayout只能用來描述一個方向上連續排列的控制項，容易導致佈局文件嵌套太深，不符合佈局扁平化的設計原理。而RelativeLayout幾乎可以用於描述任意複雜度的界面。但是表達能力越強的容器控制項，性能往往略低一些，因為RelativeLayout主要在onMeasure和onLayout階段會耗費更多時間。綜上所述：LinearLayout易用，效率高，表達能力有限。RelativeLayout複雜，表達能力強，但是效率稍遜。所以當某一界面在使用LinearLayout並不會比RelativeLayout帶來更多的控制項數和控制項層級時，我們要優先考慮LinearLayout。但是要根據實際情況來做一個取捨，在保證性能的同時儘量避免OverDraw。

2.去掉window的預設背景
當我們使用了Android自帶的一些主題時，window會被預設添加一個純色的背景，這個背景是被DecorView持有的。當我們的自定義佈局時又添加了一張背景圖或者設置背景色，那麼DecorView的background此時對我們來說是無用的，但是它會產生一次Overdraw，帶來繪製性能損耗。去掉window的背景可以在onCreate()中setContentView()之後調用
getWindow().setBackgroundDrawable(null);

或者在theme中添加
android:windowbackground="null"；

3.去掉其他不必要的背景
有時候為了方便會先給Layout設置一個整體的背景，再給子View設置背景，這裡也會造成重疊，如果子View寬度mach_parent，可以看到完全覆蓋了Layout的一部分，這裡就可以通過分別設置背景來減少重繪。再比如如果採用的是selector的背景，將normal狀態的color設置為“@android:color/transparent",也同樣可以解決問題。這裡只簡單舉兩個例子，我們在開發過程中的一些習慣性思維定式會帶來不經意的Overdraw，所以開發過程中我們為某個View或者ViewGroup設置背景的時候，先思考下是否真的有必要，或者思考下這個背景能不能分段設置在子View上，而不是圖方便直接設置在根View上。

4.ClipRect & QuickReject
為瞭解決Overdraw的問題，Android系統會通過避免繪製那些完全不可見的組件來儘量減少消耗。但是不幸的是，對於那些過於複雜的自定義的View(通常重寫了onDraw方法)，Android系統無法檢測在onDraw裡面具體會執行什麼操作，系統無法監控並自動優化，也就無法避免Overdraw了。但是我們可以通過canvas.clipRect()來幫助系統識別那些可見的區域。這個方法可以指定一塊矩形區域，只有在這個區域內才會被繪製，其他的區域會被忽視。這個API可以很好的幫助那些有多組重疊組件的自定義View來控制顯示的區域。同時clipRect方法還可以幫助節約CPU與GPU資源，在clipRect區域之外的繪製指令都不會被執行，那些部分內容在矩形區域內的組件，仍然會得到繪製。除了clipRect方法之外，我們還可以使用canvas.quickreject()來判斷是否沒和某個矩形相交，從而跳過那些非矩形區域內的繪製操作。
clip方法詳解

5.使用ViewStub占位
ViewStub是個什麼東西？一句話總結：高效占位符。我們經常會遇到這樣的情況，運行時動態根據條件來決定顯示哪個View或佈局。常用的做法是把View都寫在上面，先把它們的可見性都設為View.GONE，然後在代碼中動態的更改它的可見性。這樣的做法的優點是邏輯簡單而且控制起來比較靈活。但是它的缺點就是，耗費資源。雖然把View的初始可見View.GONE但是在Inflate佈局的時候View仍然會被Inflate，也就是說仍然會創建對象，會被實例化，會被設置屬性。也就是說，會耗費記憶體等資源。推薦的做法是使用android.view.ViewStub，ViewStub是一個輕量級的View，它一個看不見的，不占佈局位置，占用資源非常小的控制項。可以為ViewStub指定一個佈局，在Inflate佈局的時候，只有ViewStub會被初始化，然後當ViewStub被設置為可見的時候，或是調用了ViewStub.inflate()的時候，ViewStub所向的佈局就會被Inflate和實例化，然後ViewStub的佈局屬性都會傳給它所指向的佈局。這樣，就可以使用ViewStub來方便的在運行時，要還是不要顯示某個佈局。

當你想載入佈局時，可以使用下麵其中一種方法：

6.用Merge減少佈局深度
Merge標簽有什麼用呢？簡單粗暴點回答：幹掉一個view層級。Merge的作用很明顯，但是也有一些使用條件的限制。有兩種情況下我們可以使用Merge標簽來做容器控制項。第一種子視圖不需要指定任何針對父視圖的佈局屬性，就是說父容器僅僅是個容器，子視圖只需要直接添加到父視圖上用於顯示就行。另外一種是假如需要在LinearLayout裡面嵌入一個佈局（或者視圖），而恰恰這個佈局（或者視圖）的根節點也是LinearLayout，這樣就多了一層沒有用的嵌套，無疑這樣只會拖慢程式速度。而這個時候如果我們使用merge根標簽就可以避免那樣的問題。另外Merge只能作為XML佈局的根標簽使用，當Inflate以<merge />開頭的佈局文件時，必須指定一個父ViewGroup，並且必須設定attachToRoot為true。
使用HierarchyViewer檢查佈局層級

7.善用draw9patch
給ImageView加一個邊框，你肯定遇到過這種需求，通常在ImageView後面設置一張背景圖，露出邊框便完美解決問題，此時這個ImageView，設置了兩層drawable，底下一層僅僅是為了作為圖片的邊框而已。但是兩層drawable的重疊區域去繪製了兩次，導致overdraw。優化方案： 將背景drawable製作成draw9patch，並且將和前景重疊的部分設置為透明。由於Android的2D渲染器會優化draw9patch中的透明區域，從而優化了這次overdraw。 但是背景圖片必須製作成draw9patch才行，因為Android 2D渲染器只對draw9patch有這個優化，否則，一張普通的Png，就算你把中間的部分設置成透明，也不會減少這次overdraw。

8.慎用Alpha
假如對一個View做Alpha轉化，需要先將View繪製出來，然後做Alpha轉化，最後將轉換後的效果繪製在界面上。通俗點說，做Alpha轉化就需要對當前View繪製兩遍，可想而知，繪製效率會大打折扣，耗時會翻倍，所以Alpha還是慎用。如果一定做Alpha轉化的話，可以採用緩存的方式。

通過setLayerType方式可以將當前界面緩存在GPU中，這樣不需要每次繪製原始界面，但是GPU記憶體是相當寶貴的，所以用完要馬上釋放掉。

9.避免“OverDesign”
overdraw會給APP帶來不好的體驗，overdraw產生的原因無外乎：複雜的Layout層級，重疊的View，重疊的背景這幾種。開發人員無節制的View堆砌，究其根本無非是產品無節制的需求設計。有道是“由儉入奢易，由奢入儉難"，很多APP披著過度設計的華麗外衣，卻忘了簡單易用才是王道的本質，紛繁複雜的設計並不會給用戶帶來好的體驗，反而會讓用戶有壓迫感，產品本身也有可能因此變得卡頓。當然，一切拋開業務談優化都是空中樓閣，這就需要產品設計也要有一個權衡，在複雜的業務邏輯與簡單易用的界面展現中做一個平衡，而不是一味的OverDesign。