Android页面渲染效率优化实践

1. 车系页布局渲染现状

车系页是重要的车系信息页面，更新迭代多年，页面布局不断变化，xml布局文件越写越复杂。

获取车系页布局文件耗时:

        startTime = System.currentTimeMillis();
        setContentView(R.layout.car_series_revision_activity);
        long durTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
        LogHelper.e("布局总耗时","车系页布局耗时:" + durTime);

结果如下:

2.卡顿的原因

2.1 Android绘制原理

► 1.Android的屏幕刷新中涉及到最重要的三个概念

(1)CPU：执行应用层的measure、layout、draw等操作，绘制完成后将数据提交给GPU

(2)GPU：进一步处理数据，并将数据缓存起来

(3)屏幕：由一个个像素点组成，以固定的频率（16.6ms，即1秒60帧）从缓冲区中取出数据来填充像素点

总结一句话就是：CPU 绘制后提交数据、GPU 进一步处理和缓存数据、最后屏幕从缓冲区中读取数据并显示。

► 2.双缓冲机制

当布局比较复杂，或设备性能较差的时候，CPU并不能保证在16.6ms内就完成绘制数据的计算，所以这里系统又做了一个处理。

当你的应用正在往Back Buffer中填充数据时，系统会将Back Buffer锁定。

如果到了GPU交换两个Buffer的时间点，你的应用还在往Back Buffer中填充数据，GPU会发现Back Buffer被锁定了，它会放弃这次交换。

这样做的后果就是手机屏幕仍然显示原先的图像，这就是我们常常说的掉帧。

2.2 布局加载原理

页面启动时，布局加载在主线程上进行耗时操作，会导致页面渲染及加载慢。

布局加载主要通过setContentView来实现，下面是它的调用时序图：

我们可以看到，在setContentView中主要有两个耗时操作：

(1)解析xml，获取XmlResourceParser，这是IO过程。

(2)通过createViewFromTag，创建View对象，用到了反射。

以上两点就是布局加载慢的原因，也是布局的性能瓶颈。

3.布局加载优化

上一章分析了布局加载慢的主要原因，因此，我们的优化方式主要有以下两种：

(1)异步加载，将布局加载过程转移到子线程

(2)去掉IO和反射过程

3.1 异步加载，AsyncLayoutInflater方案

setContentView 默认是在UI主线程加载布局的，其加载过程中的耗时操作，如解析xml，反射创建view对象等也是在主线程执行，AsyncLayoutInflater 可以让这些加载过程在子线程中执行，这样可以提高UI线程的响应性，UI线程同时可以进行其他操作。AsyncLayoutInflater使用方式如下:

        new AsyncLayoutInflater(this).inflate(R.layout.car_series_revision_activity, null, new AsyncLayoutInflater.OnInflateFinishedListener() {
            @Override
            public void onInflateFinished(@NonNull View view, int resid, @Nullable ViewGroup parent) {
                setContentView(view);
            }
        });

AsyncLayoutInflater方案的缺点:

(1) UI布局和view的初始化在子线程中进行，如果view还未初始化成功，在主线程中再调用view会引起崩溃。

(2) 一般情况下，主线程会调用view，涉及到大量子线程和主线程在view调用上的同步问题，这就牺牲了易用性，代码可维护性也会变差。

(3) 如果是在老页面逻辑结构上引入AsyncLayoutInflater进行改造，结构改动很大，很容易发生view调用崩溃错误，不太可行。

3.2 X2C方案

X2C 是掌阅开源的一套布局加载框架。X2C的主要思路是利用apt工具，在编译期将我们写的xml布局文件解析成view，并根据xml动态设置view的各类属性，这样，我们在运行时，调用findViewById，根据view id拿到的view，已经是直接new 出来的view，避免了运行时的xml IO操作和反射操作，这就解决了布局时的耗时问题。

原始的xml布局文件:

<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:id="@+id/constraintLayout"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:gravity="center"
    android:orientation="vertical">
    <Button
        android:id="@+id/x2c"
        style="@style/btn"
        android:text="X2C" />
    <Button
        android:id="@+id/xml"
        style="@style/btn"
        android:layout_marginTop="10dp"
        android:text="XML" />
    <Button
        android:id="@+id/sub"
        style="@style/btn"
        android:layout_marginTop="10dp"
        android:text="subModule" />
</LinearLayout>

X2C 编译期apt生成的java文件：

public class X2C127_Activity implements IViewCreator {
  @Override
  public View createView(Context ctx) {
     Resources res = ctx.getResources();
        LinearLayout linearLayout0 = new LinearLayout(ctx);
        linearLayout0.setTag(R.id.x2c_rootview_width,ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT);
        linearLayout0.setTag(R.id.x2c_rootview_height,ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT);
        linearLayout0.setId(R.id.constraintLayout);
        linearLayout0.setGravity(Gravity.CENTER);
        linearLayout0.setOrientation(LinearLayout.VERTICAL);
        Button button1 = new Button(ctx);
        LinearLayout.LayoutParams layoutParam1 = new LinearLayout.LayoutParams((int)(TypedValue.applyDimension(TypedValue.COMPLEX_UNIT_DIP,150,res.getDisplayMetrics())),(int)(TypedValue.applyDimension(TypedValue.COMPLEX_UNIT_DIP,50,res.getDisplayMetrics())));
        button1.setBackgroundColor(res.getColor(R.color.colorAccent));
        button1.setTextSize(TypedValue.COMPLEX_UNIT_DIP,20);
        button1.setGravity(Gravity.CENTER);
        button1.setTextColor(Color.parseColor("#ffffff"));
        button1.setId(R.id.x2c);
        button1.setText("X2C");
        button1.setLayoutParams(layoutParam1);
        linearLayout0.addView(button1);
        return linearLayout0;
  }
}

X2c的优点：

(1)易用性和可维护性好，对原有代码侵入性不强，应用代码还是使用xml写布局

(2)加载耗时可缩短到原来的1/2到1/3

X2c的缺点：

(1)View的属性支持不完全

(2)兼容性和稳定性不是很高，在高版本的gradle 编译工具，如gradle3.1.4，会出现找不到R.java文件，找不到xml对应的java文件等问题

(3)目前，X2C更新到2021年，并没有持续维护和解决issue

3.3 Compose方案

Compose 是 Jetpack 中的一个新成员，是 Android 团队在2019年I/O大会上公布的新的UI库。

Compose使用纯kotlin开发，使用简洁方便，但它是完全抛弃了View 和 ViewGroup这套系统，自己把整个的渲染机制从里到外做了个全新的，是未来取代XML的官方方案。

Compose的优点:

(1)使用声明式UI，摒弃了xml布局运行时解析，布局效率更高

(2)使用kotlin开发，简单易用，布局形式上跟flutter统一。

如果是使用kotlin开发的新项目，可以引入Compose方案，对于老项目的优化，Compose方案并不适用。

3.4 我们的优化方案-在布局反射上做文章

Xml解析到view，完全自己来做，比较复杂且有很多风险，这个过程涉及到两个耗时的点:

(1)xml解析，IO操作

(2)反射

xml解析这部分工作复杂度很高，可以交给android系统来做。我们可以想办法去除反射的逻辑。

我们需要找到一个反射生成view的入口。我们知道，View生成相关逻辑在LayoutInflater的createViewFromTag中，调用了onCreateView(parent, name, context, attrs)，通过反射生成了view。

通过android系统的LayoutInflater setFactory，我们不仅可以控制View的生成，还可以把View变成另外一个View。在setFactory的onCreateView(parent, name, context, attrs)回调中，我们接管单个view的生成，去掉反射，new 出我们自己的view就解决了问题。而onCreateView(parent, name, context, attrs)中的参数name返回的就是xml中使用到的view的名字，根据这个name，直接new出来新的view。方式如下：

        LayoutInflaterCompat.setFactory(getLayoutInflater(), new LayoutInflaterFactory() {
            @Override
            public View onCreateView(View parent, String name, Context context, AttributeSet attrs) {
                switch (name) {
                    case "TextView":
                        return new TextView(context, attrs);
                    case "ImageView":
                        return new ImageView(context, attrs);
                    case "com.cubic.choosecar.ui.car.view.NewStarView":
                        return new com.cubic.choosecar.ui.car.view.NewStarView(context, attrs);
                    case "com.cubic.choosecar.ui.carseries.scrolllayout.ScrollableLayout":
                        return new com.cubic.choosecar.ui.carseries.scrolllayout.ScrollableLayout(context, attrs);
                    case "View":
                        return new View(context, attrs);
                    case "com.cubic.choosecar.newui.carseries.view.CarRevisionSeriesImageScaleLayout": //自定义view
                        return new com.cubic.choosecar.newui.carseries.view.CarRevisionSeriesImageScaleLayout(context, attrs);
                    case "ViewStub":
                        return new ViewStub(context, attrs);
                    case "ScrollView":
                        return new ScrollView(context, attrs);
                    case "androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout":
                        return new androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout(context, attrs);
                    case "FrameLayout":
                        return new FrameLayout(context, attrs);
                    case "RelativeLayout":
                        return new RelativeLayout(context, attrs);
                    case "androidx.appcompat.widget.Toolbar":
                        return new androidx.appcompat.widget.Toolbar(context, attrs);
                    case "LinearLayout":
                        return new LinearLayout(context, attrs);
                    default:
                        View view = getDelegate().createView(parent, name, context, attrs);
                        return view;
                }
                //return view;
            }
        });

包括系统view和我们自定义的view。

此方案对已有项目的代码侵入性很小，改造成本低，兼容性也很高，相对来讲，在渲染效率上比X2C方案低一些，但比较匹配我们对已有旧项目复杂布局的渲染优化。

3.5 进一步在布局上优化

我们可以使用viewStub实现布局的懒加载。思路是将布局分成不同的模块，让部分模块使用viewStub标签替代，一半屏幕的模块元素渲染完成以后，再通过viewStub来渲染生成viewStub所包含的其它模块，实现延迟渲染加载。

通过分析车系页布局，已经将布局元素，按功能做了一些模块的划分，我们进一步将关联度大的布局模块集中在一起，封装在一个自定义VIEW中，使用viewStub包含替换这些模块View。UI线程setContentView渲染布局时，viewStub所包含的模块并不会被渲染，只会渲染屏幕的部分元素，等待主接口数据返回，再使用viewStub延迟其它模块，实现了布局的懒加载，加快了主线程的渲染速度。

4. 优化结果

通过3.4和3.5节的优化方法，车系页复杂布局渲染优化对比结果如下: