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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:

  1. 在您的设备上,转到 Settings 并点按 Developer Options
  2. Monitoring 部分,选择 Profile GPU Rendering
  3. 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。
  4. 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。

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 onLayoutonMeasure 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:

  1. 在您的设备上,转到 Settings 并点按 Developer Options
  2. 向下滚动到 Hardware accelerated rendering 部分,并选择 Debug GPU Overdraw
  3. 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
  • 蓝色: 过度绘制 1 次
  • 绿色: 过度绘制 2 次
  • 粉色: 过度绘制 3 次
  • 红色: 过度绘制 4 次或更多

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。

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