前言我在带妹子刷分，团战又卡了，怎么跟妹子解释？在线等待。“卡”的含义无论是端游还是手游，我们都会不时遇到“卡”。这张卡一般有两种意思：丢帧和画面撕裂那么问题来了，这些情况是什么原因造成的呢？？如何解决？掉帧首先，你需要知道什么是帧，什么是帧率。帧是图像动画中单个图像帧的最小单位，相当于电影胶片上的每一帧。一帧是静止画面，连续的帧构成动画，如电视画面。帧率（framespersecond），简单的说就是1秒内传输图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒可以刷新多少次，通常以fps（FramesPerSecond）表示现在大家应该都知道了，一帧就是一张静止的图片，很多帧加在一起就构成了视频、电影、游戏的画面。帧率就是我们游戏中常见的fps，指的是一秒钟内绘制的帧数，单位是“赫兹”（Hz）。这里做一个简单的科普。如果一般要求连贯性，当帧速率至少高于每秒约10到12帧时，人眼会认为它是连贯的。这种现象称为“视觉暂留”。生物结构决定的。通过这种现象，早期的无声电影都是用手驱动来快速播放画面，让人感觉是在播放一个完整的、连续的视频。按照我们的理解，帧率越大，越连贯，越不容易卡顿。但同时带来的消费也越多，比如电影需要更多的胶片，电脑需要更好的硬件支持。所以电影的帧率一般是24Hz，而电脑和手机的帧率一般是60Hz，这样人们在正常情况下才能舒服地观看和使用。丢帧的意义显而易见。本来游戏的fps是60，突然降到20，也就是每秒只有20帧。能不卡吗？那么，掉帧的原因是什么？其实我知道的原因大家都知道，不信请继续往下看……硬件原因是“我的手机玩游戏卡死了”“你这破手机，快换吧~”这种对话应该经常发生，所以大家都知道硬件是好的。在一定程度上决定了游戏是否“卡”，用高配置的硬件玩游戏才能保证游戏的流畅性。软件原因“你玩什么app，做什么游戏，这么卡，我手机配置那么高，我就玩你的卡”“嗯，可能是游戏优化没做得好，”第二个原因是因为游戏/软件本身的优化没有做好，图片太大，布局嵌套太深，那么帧的计算和渲染会花费更多的时间，这可能会导致掉帧。网络原因是“太差了，太慢了，我的ping都快1000了，怎么玩？”“赶紧换流量，团战快输了，人少怎么打”是的，第三个原因是网络原因，这也是最常见的原因。网络的波动会影响画面的传输，所以会掉帧。屏幕刷新机制以上三个原因其实涉及到屏幕刷新的基本机制。在一个典型的显示系统中，无论是手机还是电脑，一般都会涉及到三个部分：CPU和中央处理器。用于计算数据、信息处理。GPU，图形处理单元。用于处理图像图形，俗称显卡。显示，显示屏。它是用来显示图像的，也就是我们的手机屏幕和电脑显示器。整个显示过程是：CPU计算出屏幕需要的数据，然后交给GPU处理。GPU处理并绘制图像，然后将其存储在缓冲区中。display然后从这个缓冲区中读取数据并显示它。每一帧都要重复这项工作，即1秒内需要进行60次这样的循环操作，每次操作所需时间约等于16.6ms。也就是说，在我们常说的Android系统中，屏幕每16.6ms就会刷新一次。关于屏幕刷新机制，有一张很经典的图：可以看到，一到16.6ms，系统就发出一个VSync信号，然后屏幕从缓冲区中获取一帧新的图像并显示出来。与此同时，CPU也开始计算下一帧数据，然后将计算交给GPU，最后放入缓冲区，等待下一个VSync信号。什么是垂直同步信号？暂且按下去，以后再说。你可以先把它理解为一个同步刷新信号，同步CPU和屏幕。信号来了，屏幕开始切换画面，CPU开始计算下一帧。为了方便理解，我做了一个小动画：通过上面的解释，我们知道一帧的显示时间是16.6ms。在这段时间里，CPU和GPU必须对数据进行处理，并将它们放入缓冲区（buffer）中。如果CPU和GPU在某个16.6ms内没有绘制下一帧数据，那么显示器就无法更新下一帧数据，这就是丢帧。这就是为什么以上三个原因会导致掉帧的原因，我们来回顾一下：1.硬件原因。硬件比较差，就是CPU和GPU计算不给力，导致一帧数据没有准备好，所以掉帧。2、软件原因。在硬件充足的情况下，一帧App或游戏数据计算复杂，嵌套过多或图过大，也会导致下一帧数据在16.6ms内没有准备好，导致帧降低。3.网络原因。在硬件和软件都正常的情况下，由于网络波动，导致CPU的计算数据无法从网络获取，这势必会造成CPU数据准备延迟，最终导致掉帧。那么丢帧之后，屏幕刷新机制会如何处理后续的帧呢？如果是游戏的话，因为更看重即时性，所以丢帧就不用管了，直接准备当前时间应该显示的内容。终于显示在屏幕上。所以这种情况下掉帧是真的丢了。如果是应用程序，可能更看重数据的完整性，所以如果丢掉第二帧，那么屏幕会继续显示第一帧，而CPU和GPU继续准备第二帧的数据frame，如果能在接下来的16.6ms内完成第二帧数据，那么屏幕就会显示第二帧。比如有时候手机卡顿的时候，我们操作App的时候，操作会出现延迟，也就是掉帧。在这种情况下，帧并没有真正被丢弃，而是被延迟了。屏幕撕裂接下来，让我们看看屏幕撕裂。为什么一帧出现两帧？先了解一个概念：“逐行扫描”、“逐行扫描”是指显示屏不是“刮花”一次显示一张图片，而是从上到下逐行显示，只是显示速度较快所以无法用肉眼看到。前面说过屏幕的数据是从缓冲区Buffer中取出来的。如果在从屏幕取数据，逐行扫描显示屏的过程中，Buffer中的数据发生变化，可能会导致屏幕撕裂。最明显的例子就是：显卡的fps是180，而显示器的fps是60。也就是说显卡每秒可以生成180帧，而显示器每秒只能读取60帧。那么在显示器从Buffer中读取数据逐行扫描的过程中，显示??一张图片需要1/60秒，但是在1/180的时候，显卡会保存下一张图片的数据到缓冲区。结果，显示器的下半部分显示了第二张图片的内容。这也导致屏幕撕裂。这里再用一个动图来解释一下：所以为了防止这种情况，一般的显示系统都会加一个双缓冲+垂直同步的概念：首先，当开启垂直同步时，GPU的fps会被限制在相同的作为显示器的fps。系统会在显示器绘制完一帧后发送一个垂直同步信号，然后CPU和GPU准备下一帧的内容，等待显示器绘制完下一帧，再发送一个垂直同步信号。如此反复，显卡的fps有限，按照显示器的标准绘制图像。该垂直同步信号称为VSync信号。玩游戏的朋友应该知道，很多游戏内的设置页面都有开启垂直同步的选项，目的是让显卡的fps适应显示器的fps，防止画面撕裂。其次，通过双缓冲来保证一帧数据的一致性。1、缓冲区backBuffer用于CPU/GPU图形处理。2、缓冲区frameBuffer用于监控显示。这样分工明确后，屏幕只会读取framebuffer的内容，也就是一个完整的帧。CPU/GPU计算出的新帧的内容将被放入后台缓冲区，而不会影响帧缓冲区的内容。只有在屏幕绘制完一帧内容后，CPU/GPU计算出的新帧内容，即backbuffer内容，才会与framebuffer进行交换。这确保了数据帧的完全连贯性。总结就是：当屏幕扫描到第一帧时，系统发出VSync信号，此时会发生三件事：1.交换两个缓冲区（framebuffer，backbuffer）的内容。2、显示器开始显示第二帧的内容，即交换后的framebuffer的内容。3、CPU/GPU开始计算处理第三帧的内容，处理完内容后放入backbuffer。另一个动画：AndroidProjectButter（黄油计划）问题解决了吗？No.加入VSync信号后，丢帧问题变得更加严重：可以发现，加入VSync信号后，虽然CPU处理时间统一了，但是丢帧问题可能会再次放大，从直接丢一帧到帧继续下降。因为第二个16.6ms被浪费了，CPU必须等到第三个16.6ms才开始新一帧的数据处理，直接影响到后面所有帧的进度。我应该怎么办？是否可以在保留VSync信号的同时最大限度地利用CPU/GPU？这里有三个缓存：1.缓冲区backBuffer用于CPU/GPU图形处理。2.缓冲区TripleBuffer用于CPU/GPU图形处理。31.缓冲区frameBuffer是用来显示刚才说的情况的。原因是当第二个VSync信号到来时，由于backBuffer被GPU占用，CPU无法开始新一帧的计算。增加了第三个缓冲区，这样当第二个VSync信号到来时，CPU可以使用TripleBuffer开始计算新的一帧，而忽略backBuffer被GPU占用的情况。你可以理解为CPU、GPU、Display各有一个缓存区，这样三者可以同时做自己的事情，互不影响，最大限度的发挥各个模块的作用。上面提到的三个buffer和Vsync同步信号都是在Android4.1发布的ProjectButter（黄油计划）中提出的，目的是让Android像黄油/奶油一样顺滑。最后贴一张三缓存机制下的刷新机制图：小结今天学习了下Android系统的刷新机制。虽然没有代码，但是面试的时候经常会被问到。再总结一下：1、提供垂直同步信号VSync信号和双缓冲。每次VSync信号到来，画面切换，CPU/GPU开始为下一帧做准备。CPU/GPU每次准备好数据后，放入一个单独的buffer缓冲区backBuffer中。当屏幕就绪后，交换backBuffer数据和frameBuffer数据，屏幕只读取frameBuffer缓冲缓冲区中的数据，保证数据的完整连续性。.2、为了解决CPU/GPU在VSync信号下无法最大化的问题，引入了三个缓存。当VSync信号到来时，即使GPU还没有处理完上一帧数据，backBuffer也没有空闲，CPU也可以利用第三缓冲区正常开始处理下一帧数据，最大限度的利用CPU/GPU以保证垂直同步机制同时不浪费资源。3、丢帧的根本原因是CPU/GPU无法在一帧时间内（一般为16.6ms）准备好下一帧的数据。即使使用三重缓冲和垂直同步，帧丢失仍然会发生。作为App软件开发者，我们能做的就是尽可能优化布局，减少嵌套，减少CPU/GPU计算屏幕数据的时间。让下一帧的图像数据在每一帧时间内正常准备好。至于刷新机制在Android源码中是如何实现的？下一期带来Choreographer的解析。参考https://www.jianshu.com/p/0d00cb85fdf3https://www.zhihu.com/question/49764664/answer/469342536https://blog.csdn.net/yangwen123/article/details/16344375
