通过硬件层提高Android动画的性能 - 哈喽比特

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曾有许多人问我为什么在他们开发的应用中，动画的性能表现都很差。对于这类问题，我往往会问他们：你们有尝试过在硬件层解决动画的性能问题么？

我们都知道，在播放动画的过程中View在每一帧动画的显示时重绘自身。但如果你使用 View layer，使得View被渲染一次后就放到一个屏幕外的缓冲区中（即 layer），让View不断被重用，而不是一次又一次的重绘的话，这类动画性能问题就迎刃而解了。

此外，硬件层对图像的处理都会在GPU上进行缓存，使得我们在播放动画的过程中对View的特定操作的执行效率更高。简单的变换动画（例如平移、旋转、缩放和淡化）能够通过利用硬件加速很快被渲染出来，而大多数动画都只是这些简单动画的组合，所以我们能尝试利用硬件加速来提高这些动画的性能。

用法

为View设置layer缓存的API比较简单：只需要调用View.setLayerType()。但我们只应该短暂地使用硬件层，因为硬件层不仅仅负责我们这一个页面的绘制（完成动画绘制后，还可能在其他地方被调用），基本流程如下：

为每一个在动画过程中要被缓存的 View 调用 View.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null)
运行动画
当动画结束，通过 View.setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null) 结束对硬件的占用

// Set the layer type to hardware 
myView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);

// Setup the animation
ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.ofFloat(myView, View.TRANSLATION_X, 150);

// Add a listener that does cleanup 
animator.addListener(new AnimatorListenerAdapter() {  
  @Override
  public void onAnimationEnd(Animator animation) {
    myView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null);
  }
});

// Start the animation
animator.start();

如果应用的最低面向版本大于16，而且你在应用中使用了 ViewPropertyAnimator，那么你可以用更简单的 withLayer() 方法完成上面的操作：

myView.animate()  
  .translationX(150)
  .withLayer()
  .start();

这样弄下来，你的动画就会丝般光滑了！

注意事项

哈哈哈，你真以为那么简单吗？too young, too naive 啦！

虽说硬件加速对动画性能表现的提升会让人感觉不可思议，然而，如果你使用的姿势不对，比起动画性能的问题，它们带来的问题会让你头疼一百倍。记住我这句话，千万别滥用 layer 缓存 View！

原因很简单：

第一，在某些情况下，通过硬件加速完成的绘制任务会比普通的 View 绘制流程更复杂。使得缓存 layer 会花费更多的时间，因为整个渲染过程变成以下两个过程：1、View 绘制完成后缓存到 GPU 的 layer 中；2、GPU 将 layer 绘制到 Window 中。如果 View 的绘制过程比 GPU 将 layer 的内容绘制到 Window 中更快完成，那么就会在绘制的初始化过程中带来不必要的开销。

第二，正如所有的缓存操作，我们在这里所完成的缓存操作也会面临缓存失效的问题。任何在动画播放过程中调用 View.invalidate() 的操作都会让 layer 重绘一遍。重复地刷新会让 layer 优势全无，还不如不用，因为（就像前面提到的）硬件在设置缓存的过程中增加了不必要的开销。如果你需要不断地重新缓存内容到 layer 中，肯定会对性能造成很大的影响。

由于动画通常都有多个会变换的部分，所以这个问题很常见。假如你正设置一个动画，它具有下面三个发出变换的部分：

父布局：ViewGroup --> Child View 1 (向左平移) --> Child View 2 (向右平移) --> Child View 3 (向上平移)

如果你为 ViewGroup 设置了一个单独的 layer，该 layer 就会不断地因为缓存内容的失效而不断地缓存内容，因为该 ViewGroup （把它看成一个整体）正因为它的子 View 的动画效果不断地发生变换。而每一个发生变换的子 View，只不过是完成了一个平移操作而已。在这种情况下，我们应该为每一个子 View 设置 layer，而且不要为作为父布局的 ViewGroup 设置 layer。

因为我刚开始就没有搞清楚这一点，所以我现在重申一遍：通常应该为多个 View 设置 layer 进行硬件加速，使得这些 View 不会在动画播放的过程中被刷新。

"Show hardware layers updates" 是一个很好用的开发工具，我们能用它来检查应用是否存在刚刚我所提到的问题。只要 View 绘制了 GPU 的 layer，它就会让屏幕闪烁一次。在这篇博文的应用场景中，它应该在动画开始的时候闪烁一次（即 layer 的第一次绘制）。然而，如果 View 在动画的播放过程中始终显示整片的绿色，说明我们的代码中存在上面提到的缓存失效问题。

第三，使用硬件 layer 会占用一定的 GPU 内存，而每一个开发者最不希望看到的内存泄漏在这里就可能会发生了。所以我们应该只在必要的时候，如播放动画的过程中，使用硬件加速。

总的来说，使用硬件加速没有什么硬性的规则。事实上，Android 的绘制系统比我想象中复杂多了，在所有的性能问题中，View 的测量都是关键点。开启“显示 GPU 绘制信息”和“显示硬件刷新”这两个开发者选项能很好地帮助我们判断 layer 到底是提升还是降低了性能表现。

Sample

我开发了一个示例 App 来教大家怎么使用基本的硬件加速，源码在此。

下面是在我的 Galaxy Nexus 手机（设备有些老，而且很卡）上开启了“显示 GPU 绘制信息”选项的实际运行图：

在没有开启硬件加速时，动画的性能表现真是触目惊心啊。其性能评价不断地超过绿线，让人很头疼。相反，开启了硬件加速后性能评价一直在绿线以下，这是让人很满意的。

第三张图为我们展示了动画播放过程中，layer 缓存失效带来的危害。硬件加速带来的性能提升很大一部分都被缓存失效浪费了。

(这里还有一点需要为大家解释 - 如果缓存失效了，为什么它的性能表现没有退化成第一张图那样呢？说实话我也不是特别理解其中的奥秘，但很显然是硬件层作了某种程度的优化，使得每一次重绘没有像之前那样耗费资源。即便如此，我们还是应该正确地使用硬件加速！)

一句话总结本文：硬件加速是福也是祸，所以一定要正确使用！