1.androidå¼å设置å±è½å½å¶
2.Android性能优化:定性和定位Android图形性能问题——以后台录屏进程为例
3.如何在Android设备上开启和关闭录屏功能?
androidå¼å设置å±è½å½å¶
项ç®å¼åä¸ï¼ä¸ºäºç¨æ·ä¿¡æ¯çå®å ¨ï¼ä¼æç¦æ¢é¡µé¢è¢«æªå±ãå½å±çéæ±ãè¿ç±»èµæï¼å¨ç½ä¸æå¾å¤ï¼ä¸è¬é½æ¯éè¿è®¾ç½®ActivityçFlag解å³ï¼å¦ï¼
//ç¦æ¢é¡µé¢è¢«æªå±ãå½å±getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_SECURE);
è¿ç§è®¾ç½®å¯è§£å³ä¸è¬çé²æªå±ãå½å±çéæ±ã
å¦æ页é¢ä¸æå¼¹åºPopupwindowï¼å¨å½å±è§é¢ä¸çæææ¯ï¼
éPopupwindowåºå为é»è²
ä½Popupwindowåºåä»ç¶æ¯å¯ä»¥çå°ç
å¦ä¸é¢ä¸¤å¼ Gifå¾æ示ï¼
æªè®¾ç½®FLAG_SECUREï¼å½å±çææï¼å¦ä¸å¾ï¼gitå¾çä¸é´çæ°´å°å¿½ç¥ï¼ï¼
设置äºFLAG_SECUREä¹åï¼å½å±çææï¼å¦ä¸å¾ï¼gitå¾çä¸é´çæ°´å°å¿½ç¥ï¼ï¼
åå åæ
çå°äºä¸é¢çææï¼æ们å¯è½ä¼æçé®PopupWindowä¸åDialogæèªå·±çwindow对象ï¼èæ¯ä½¿ç¨WindowManager.addViewæ¹æ³å°Viewæ¾ç¤ºå¨Activityçªä½ä¸çãé£ä¹ï¼Activityå·²ç»è®¾ç½®äºFLAG_SECUREï¼ä¸ºä»ä¹å½å±æ¶è¿è½çå°PopupWindowï¼
æ们å éè¿getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_SECURE);æ¥åæä¸æºç ï¼
1ãWindow.java
//windowå¸å±åæ°private final WindowManager.LayoutParams mWindowAttributes = new WindowManager.LayoutParams();//æ·»å æ è¯public void addFlags(int flags) {
setFlags(flags,屏源 flags);
}//éè¿mWindowAttributes设置æ è¯public void setFlags(int flags, int mask) { final WindowManager.LayoutParams attrs = getAttributes();
attrs.flags = (attrs.flags&~mask) | (flags&mask);
mForcedWindowFlags |= mask;
dispatchWindowAttributesChanged(attrs);
}//è·å¾å¸å±åæ°å¯¹è±¡ï¼å³mWindowAttributespublic final WindowManager.LayoutParams getAttributes() { return mWindowAttributes;
}
éè¿æºç å¯ä»¥çå°ï¼è®¾ç½®windowå±æ§çæºç é常ç®åï¼å³ï¼éè¿windowéçå¸å±åæ°å¯¹è±¡mWindowAttributes设置æ è¯å³å¯ã
2ãPopupWindow.java
//æ¾ç¤ºPopupWindowpublic void showAtLocation(View parent, int gravity, int x, int y) {
mParentRootView = new WeakReference<>(parent.getRootView());
showAtLocation(parent.getWindowToken(), gravity, x, y);
}//æ¾ç¤ºPopupWindowpublic void showAtLocation(IBinder token, int gravity, int x, int y) { if (isShowing() || mContentView == null) { return;
}
TransitionManager.endTransitions(mDecorView);
detachFromAnchor();
mIsShowing = true;
mIsDropdown = false;
mGravity = gravity;
//å建Windowå¸å±åæ°å¯¹è±¡
final WindowManager.LayoutParams p =createPopupLayoutParams(token);
preparePopup(p);
p.x = x;
p.y = y;
invokePopup(p);
}//å建Windowå¸å±åæ°å¯¹è±¡protected final WindowManager.LayoutParams createPopupLayoutParams(IBinder token) { final WindowManager.LayoutParams p = new WindowManager.LayoutParams();
p.gravity = computeGravity();
p.flags = computeFlags(p.flags);
p.type = mWindowLayoutType;
p.token = token;
p.softInputMode = mSoftInputMode;
p.windowAnimations = computeAnimationResource(); if (mBackground != null) {
p.format = mBackground.getOpacity();
} else {
p.format = PixelFormat.TRANSLUCENT;
} if (mHeightMode < 0) {
p.height = mLastHeight = mHeightMode;
} else {
p.height = mLastHeight = mHeight;
} if (mWidthMode < 0) {
p.width = mLastWidth = mWidthMode;
} else {
p.width = mLastWidth = mWidth;
}
p.privateFlags = PRIVATE_FLAG_WILL_NOT_REPLACE_ON_RELAUNCH
| PRIVATE_FLAG_LAYOUT_CHILD_WINDOW_IN_PARENT_FRAME;
p.setTitle("PopupWindow:" + Integer.toHexString(hashCode())); return p;
}//å°PopupWindowæ·»å å°Windowä¸private void invokePopup(WindowManager.LayoutParams p) { if (mContext != null) {
p.packageName = mContext.getPackageName();
} final PopupDecorView decorView = mDecorView;
decorView.setFitsSystemWindows(mLayoutInsetDecor);
setLayoutDirectionFromAnchor();
mWindowManager.addView(decorView, p); if (mEnterTransition != null) {
decorView.requestEnterTransition(mEnterTransition);
}
}
éè¿PopupWindowçæºç åæï¼æ们ä¸é¾çåºï¼å¨è°ç¨showAtLocationæ¶ï¼ä¼åç¬å建ä¸ä¸ªWindowManager.LayoutParamså¸å±åæ°å¯¹è±¡ï¼ç¨äºæ¾ç¤ºPopupWindowï¼è该å¸å±åæ°å¯¹è±¡ä¸å¹¶æªè®¾ç½®ä»»ä½é²æ¢æªå±Flagã
å¦ä½è§£å³
åå æ¢ç¶æ¾å°äºï¼é£ä¹å¦ä½å¤çå¢ï¼
åå头åæä¸Windowçå ³é®ä»£ç ï¼
//éè¿mWindowAttributes设置æ è¯public void setFlags(int flags, int mask) { final WindowManager.LayoutParams attrs = getAttributes();
attrs.flags = (attrs.flags&~mask) | (flags&mask);
mForcedWindowFlags |= mask;
dispatchWindowAttributesChanged(attrs);
}
å ¶å®åªéè¦è·å¾WindowManager.LayoutParams对象ï¼å设置ä¸flagå³å¯ã
ä½æ¯PopupWindow并没æåActivityä¸æ ·æç´æ¥è·å¾windowçæ¹æ³ï¼æ´å«è¯´è®¾ç½®Flagäºãæ们ååæä¸PopupWindowçæºç ï¼
//å°PopupWindowæ·»å å°Windowä¸private void invokePopup(WindowManager.LayoutParams p) { if (mContext != null) {
p.packageName = mContext.getPackageName();
}
final PopupDecorView decorView = mDecorView;
decorView.setFitsSystemWindows(mLayoutInsetDecor);
setLayoutDirectionFromAnchor(); //æ·»å View
mWindowManager.addView(decorView, p); if (mEnterTransition != null) {
decorView.requestEnterTransition(mEnterTransition);
}
}
æ们è°ç¨showAtLocationï¼æç»é½ä¼æ§è¡mWindowManager.addView(decorView, p);
é£ä¹æ¯å¦å¯ä»¥å¨addViewä¹åè·åå°WindowManager.LayoutParamså¢ï¼
çæ¡å¾ææ¾ï¼é»è®¤æ¯ä¸å¯ä»¥çãå 为PopupWindow并没æå ¬å¼è·åWindowManager.LayoutParamsçæ¹æ³ï¼èä¸mWindowManagerä¹æ¯ç§æçã
å¦ä½æè½è§£å³å¢ï¼
æ们å¯ä»¥éè¿hookçæ¹å¼è§£å³è¿ä¸ªé®é¢ãæ们å 使ç¨å¨æ代çæ¦æªPopupWindowç±»çaddViewæ¹æ³ï¼æ¿å°WindowManager.LayoutParams对象ï¼è®¾ç½®å¯¹åºFlagï¼ååå°è·å¾mWindowManager对象å»æ§è¡addViewæ¹æ³ã
é£é©åæï¼
ä¸è¿ï¼éè¿hookçæ¹å¼ä¹æä¸å®çé£é©ï¼å 为mWindowManageræ¯ç§æ对象ï¼ä¸åPublicçAPIï¼è°·æåç»å级Androidçæ¬ä¸ä¼èèå ¶å ¼å®¹æ§ï¼æ以æå¯è½åç»Androidçæ¬ä¸æ¹äºå ¶å称ï¼é£ä¹æ们éè¿åå°è·å¾mWindowManager对象ä¸å°±æé®é¢äºãä¸è¿ä»å代çæ¬çAndroidæºç å»çï¼mWindowManager被æ¹çå çä¸å¤§ï¼æ以hookä¹æ¯å¯ä»¥ç¨çï¼æ们尽éå代ç æ¶èèä¸è¿ç§é£é©ï¼é¿å 以ååºé®é¢ã
public class PopupWindow {
...... private WindowManager mWindowManager;
......
}
èaddViewæ¹æ³æ¯ViewMangeræ¥å£çå ¬å ±æ¹æ³ï¼æ们å¯ä»¥æ¾å¿ä½¿ç¨ã
public interface ViewManager{ public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params); public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params); public void removeView(View view);
}
åè½å®ç°
èèå°hookçå¯ç»´æ¤æ§åæ©å±æ§ï¼æ们å°ç¸å ³ä»£ç å°è£ æä¸ä¸ªç¬ç«çå·¥å ·ç±»å§ã
package com.ccc.ddd.testpopupwindow.utils;
import android.os.Handler;
import android.view.WindowManager;
import android.widget.PopupWindow;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;public class PopNoRecordProxy implements InvocationHandler { private Object mWindowManager;//PopupWindowç±»çmWindowManager对象
public static PopNoRecordProxy instance() { return new PopNoRecordProxy();
} public void noScreenRecord(PopupWindow popupWindow) { if (popupWindow == null) { return;
} try { //éè¿åå°è·å¾PopupWindowç±»çç§æ对象ï¼mWindowManager
Field windowManagerField = PopupWindow.class.getDeclaredField("mWindowManager");
windowManagerField.setAccessible(true);
mWindowManager = windowManagerField.get(popupWindow); if(mWindowManager == null){ return;
} //å建WindowManagerçå¨æ代ç对象proxy
Object proxy = Proxy.newProxyInstance(Handler.class.getClassLoader(), new Class[]{ WindowManager.class}, this); //æ³¨å ¥å¨æ代ç对象proxyï¼å³ï¼mWindowManager对象ç±proxy对象æ¥ä»£çï¼
windowManagerField.set(popupWindow, proxy);
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchFieldException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { try { //æ¦æªæ¹æ³mWindowManager.addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
if (method != null && method.getName() != null && method.getName().equals("addView")
&& args != null && args.length == 2) { //è·åWindowManager.LayoutParamsï¼å³ï¼ViewGroup.LayoutParams
WindowManager.LayoutParams params = (WindowManager.LayoutParams) args[1]; //ç¦æ¢å½å±
setNoScreenRecord(params);
}
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
} return method.invoke(mWindowManager, args);
} /
*** ç¦æ¢å½å±
*/
private void setNoScreenRecord(WindowManager.LayoutParams params) {
setFlags(params, WindowManager.LayoutParams.FLAG_SECURE, WindowManager.LayoutParams.FLAG_SECURE);
} /
*** å 许å½å±
*/
private void setAllowScreenRecord(WindowManager.LayoutParams params) {
setFlags(params, 0, WindowManager.LayoutParams.FLAG_SECURE);
} /
*** 设置WindowManager.LayoutParams flagå±æ§ï¼åèç³»ç»ç±»Window.setFlags(int flags, int mask)ï¼
*
* @param params WindowManager.LayoutParams
* @param flags The new window flags (see WindowManager.LayoutParams).
* @param mask Which of the window flag bits to modify.
*/
private void setFlags(WindowManager.LayoutParams params, int flags, int mask) { try { if (params == null) { return;
} params.flags = (params.flags & ~mask) | (flags & mask);
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
Popwindowç¦æ¢å½å±å·¥å ·ç±»ç使ç¨ï¼ä»£ç 示ä¾ï¼
//å建PopupWindow
//æ£å¸¸é¡¹ç®ä¸ï¼è¯¥æ¹æ³å¯æ¹æå·¥åç±»
//æ£å¸¸é¡¹ç®ä¸ï¼ä¹å¯èªå®ä¹PopupWindowï¼å¨å ¶ç±»ä¸è®¾ç½®ç¦æ¢å½å±
private PopupWindow createPopupWindow(View view, int width, int height) {
PopupWindow popupWindow = new PopupWindow(view, width, height); //PopupWindowç¦æ¢å½å±
PopNoRecordProxy.instance().noScreenRecord(popupWindow); return popupWindow;
} //æ¾ç¤ºPopupwindow
private void showPm() {
View view = LayoutInflater.from(this).inflate(R.layout.pm1, null);
PopupWindow pw = createPopupWindow(view,ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT, ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT);
pw1.setFocusable(false);
pw1.showAtLocation(this.getWindow().getDecorView(), Gravity.BOTTOM | Gravity.RIGHT, PopConst.PopOffsetX, PopConst.PopOffsetY);
}
å½å±ææå¾ï¼
Android性能优化:定性和定位Android图形性能问题——以后台录屏进程为例
简介发现、定性与定位
总结
跟不上旋律节奏的屏源VSYNC
严重异常耗时的dequeueBuffer
VirtualDisplay合成耗时
结论
FPS
初步定位问题
定性问题
定位问题
成果展示
参考
简介本文记录一次Android图形性能问题的分析过程——发现、定性和定位图形性能问题,屏源以及探讨的屏源性能优化方案。
环境:Android Q + MTK + ARM Mali-G。屏源
所分析的屏源thinkphp红包源码性能问题(下称case):打开录屏应用并启动后台录屏,滑动前台应用(滑屏)。屏源性能表现差:CPU、屏源GPU负载显著升高、屏源掉帧、屏源用户明显卡顿感,屏源帧率不足帧,屏源帧渲染、屏源合成耗时急剧飙升(渲染耗时平均为ms左右)。屏源
经过优化后,屏源相同环境和条件下,渲染帧率稳定在帧(提升一倍),渲染耗时平均为8.ms左右(为优化前的不到三分之一的消耗)。
关键词 Keywords: Screen Recording; Frame rate; FPS; GPU utilization; Jank; MediaProjection; VirtualDisplay; MediaCodec; Perfetto; Inferno; Surface; SurfaceTexture; VSYNC; SurfaceFlinger; HWC; Hardware composer; GPU; OpenGL;
发现、定性与定位FPS计算FPS的方法和工具 Android框架层通过hwui配合底层完成渲染。该框架本身提供了逐帧渲染分段耗时记录。通过dumpsys gfxinfo可以获取。
io.microshow.screenrecorder/io.microshow.screenrecorder.activity.MainActivity/android.view.ViewRootImpl@6b9b8a9?(visibility=0)DrawPrepare?Process?Execute3...................1................使用工具统计帧率与平均耗时(同时打印GPU负载),在开启后台录屏的情况下滑动屏幕,平均渲染耗时高达~ms,超出.ms一倍,导致帧率仅帧,显著低于帧。
Average?elapsed?.?msFPS:??│?9.?0.?.?2.#?GPU负载?LOADING?BLOCKING?IDLE?0?#?case的对比——未开启后台录屏Average?elapsed?9.?msFPS:??│?1.?0.?5.?1.通过gfx柱状图直观感受性能数据 直观地感受图形渲染性能,除了帧率感受、触控延时外,还可以通过将gfxinfo的分段耗时通过柱状图展示在屏幕上。
这是case性能问题的gfxinfo柱状图,可以看到红柱和绿柱都非常高,远远超越了流畅标准。其中,绿柱异常放大表明两个Vsync之间耗时显著增长,红柱异常放大表明应用层应用加速使用的DisplayLists大量增长、或图形层使用GLES调用GPU耗时显著增多导致的GPU执行绘制指令耗时变长。
初步定位问题本节记录初步的分析思路和定位过程。首先我们完成实验(启停后台录屏并滑动屏幕触发渲染)、观测以及记录,拿到了后台录屏启停情况下的优品影视源码FPS、分阶段耗时以及GPU负载(相关数据位于FPS小节)。
开发的工具输出的统计数据计算结果非常直观,一眼可见,后台录屏为Draw阶段带来额外的~8倍或~8ms耗时,给Process阶段带来额外的~2倍或~ms耗时。帧率从帧坠落到~帧。
耗时分析 可以看到,主要的额外耗时来自Draw和Process。接下来重点围绕着两part定位问题问题。
StageDescriptionCompDraw创建DisplayLists的耗时。Android的View如果支持硬件加速,绘制工作均通过DisplayLists由GPU绘制,可以处理为onDraw的耗时额外~8ms或~8倍Prepare准备没有额外耗时ProcessDisplayLists执行耗时。即硬件加速机制下提交给GPU绘制的工作耗时额外~ms或~2倍ExecuteFramebuffer前后缓冲区flip动作的耗时,上屏耗时额外不到~1msHz下,上述4个步骤合计耗时小于.ms为正常情况。case为~ms。主要增量来自Draw和Process。
经过上述初步分析、观测后,接下来的分析可以围绕Draw和Process开展。由于Android Draw部分涉及较广,包含App 渲染线程(DisplayLists)、UI线程(onDraw方法创建DisplayLists),以及图形栈耗时如SurfaceFlinger、RenderEngine等都可能增加Draw耗时。
这里一个技巧可以初步判断耗时来自App进程(渲染线程和UI线程)还是来自图形栈。如果能判断耗时来自App或图形栈,那么可以缩小分析范围、减少分析工作量。上述四大阶段的耗时统计分类比较宽,实际上还有更详细的分阶段耗时,它呈现在前文描述过的gfx统计信息柱状图上。gfx柱状图会以蓝色(RGB(,,))呈现onDraw方法创建和更新DisplayLists的耗时。如果case与正常情况对比后,这部分耗时(蓝柱大小对比)差异很小,即可说明额外的Draw耗时不是来自App的,极可能来自图形栈。Besides,结合过度绘制分析,判断case与正常情况下是否有更多的额外绘制次数可以协同判断。
——根据上述指导思想,list set map源码排查出了case的额外Draw耗时与App onDraw无关,多出来的DisplayLists来自App以外的进程,可能是图形栈如SurfaceFlinger。
定性问题本小节介绍问题追踪过程,通过一些方法定位到各阶段的耗时原因,并定性地得出case性能问题的性质。从本小节开始,围绕Perfetto进行分析。这里贴出perfetto的总览,我将关键的信息排序到顶部。前四行分别为SF负责图形的线程、提交到GPU等待完成的工作、Vsync-App、Vsync-sf,最后两行为case中出现卡顿掉帧的App的主线程(UI)和渲染线程(RenderThread)。
跟不上旋律节奏的VSYNC容易看到,Vsync-sf非常不规律。Vsync-sf是触发SurfaceFlinger一次合成工作的基于Hardware VSYNC虚拟出来的一个信号。它相对于真实硬件信号(HW_VSYNC)一个规律的偏移(在case设备上,Vsync-app与Vsync-sf都被配置为8.3ms,即硬件VSYNC到达后,虚拟的Vsync-app和Vsync-sf延时8.3ms后发出,分别触发App绘制、SurfaceFlinger合成。
而case的Vsync-sf交错、残次、不齐、无规律,显然工况不佳。它将导致SurfaceFlinger不能按照预期的时间间隔将合成的帧提交到Framebuffer(经过Flip后,被提交的Framebuffer将上屏成为显示器的下一帧图像),出现掉帧/丢帧。
As we can see,case的VSYNC-sf出现严重的漂移(见图,第二行的VSYNC-sf残次不齐、跟不上规律、难看且混乱),这导致了丢帧。(但VSYNC-sf的失控仅表示与丢帧的相关性,并不直接表明因果性。)
VSYNC-sf为什么会出现偏差? 出于功耗的考虑,VSYNC-sf合VSYNC-app并不是eclipse关连tomcat源码一定会触发的。如果app或sf并没有更新画面的需求,那么死板固定地调度它们进行绘制和合成是不必的。编程上,负责触发VSYNC-sf和VSYNC-app的两个EventThread会在requestNextVsync调用后才会将下一个VSYNC-sf或VSYNC-app发出。因此,当(各自EventThread的)requestNextVsync没有调用时,VSYNC-app和VSYNC-sf也就出现漂移。BufferQueueLayer::onFrameAvailable会在应用提交后调用,该方法通过调用SF的signalLayerUpdate触发产生下一个VSYNC-sf。
换而言之,出于功耗,或别的什么原因(比如耗时导致的延期,人家是线程实现的消息队列),SurfaceFlinger的SFEventThread有可能不调用requestNextVsync,这将导致Vsync-sf在窗口期内短暂消失——但是也不会出现参差不齐的情况。结合case的VSYNC信号报告来看,VSYNC-sf信号异常切实地提示了性能问题——它的不规律现象表明前后Vsync之间有异常耗时,而非低功耗机制被激活或无屏幕刷新(case性能问题复现时一直在滑前台应用的屏,它每ms都有画面更新的需求)。
VSYNC-sf虽然出现了偏差,但是它与卡顿问题仅有相关性(或者说它是性能问题的结果),并非因果关系。猜测是其他卡顿问题导致了SF延缓了对VSYNC的request,导致其信号出现漂移。VSYNC-sf信号偏差实质上指导意义重大,因为它能提示我们,问题发生在比App更底层的地方(前文分析的结论),且比SurfaceFlinger提交到Framebuffer更上层的位置(VSYNC-sf用于触发合成,合成完成后提交到屏幕双缓冲区)。
这样,将case性能问题的上下界都确定了,问题分析范围从原先的整个图形栈,有效的缩小到了SurfaceFlinger渲染和合成阶段了。
严重异常耗时的dequeueBuffer通读Perfetto,可以看到,出了难看的Vsync-sf以外,还可以看到刺眼的超长耗时的draw(App UI线程)以及耗时变态长的dequeueBuffer(App 渲染线程)调用。相对于正常情况,perfetto报告提示的case的draw方法成倍增长的耗时非常容易被误认为耗时“居然来自一开始就排除掉的App进程",这与前文提出的”问题范围“是不能自洽的——它们是相反的结论,肯定哪里不对。仔细分析才能发现,成交笔数源码draw方法确实是消耗了更多墙上时间(但是不意味着消耗了更多CPU时间,因为等待过程是sleep的),但是draw方法是因为等待渲染线程的dequeueBuffer造成的耗时,而dequeueBuffer的严重异常耗时却是被底层的图形栈拖累的。
我们看到,draw严重耗时,渲染线程dequeueBuffer消耗掉~ms的时间。As we all known,Android的Graphics buffer是生产者消费者模型,当作为消费者的SF来不及处理buffer并释放,渲染线程也就需要额外耗时等待buffer就绪。上面还有一段"Waiting GPU Completion"的trace没有贴上来(下图),这段耗时比不开启后台录屏的case下高得多(~3ms对比~ms),说明了一定的GPU性能问题或SF的性能问题,甚至有可能是Display有问题(HWC release耗时过长也会导致SF释放buf、生产者渲染线程dequeueBuffer额外等待)。
这里的机制比较复杂,不熟悉底层Graphics buffer的流水线模型就不好理解。In one world, dequeueBuffer申请的buffer不是凭空new出来的,而是在App-SurfaceFlinger-Framebuffer这一流水线中循环使用的。流水线中的buffer不是无限的,而是有穷的几个。当底层的伙计,如SF和HWC,使用了buffer但是没有来得及释放时(它们的工作没做完之前不会释放buffer),流水线(可以理解成头尾相接的单向队列(ring buffer))没有可用的buffer,此时dequeueBuffer就不得不进入等待,出现耗时看上去很长的问题。实际上,dequeueBuffer耗时的唯一原因几乎仅仅只有一个:底层消费太慢了,流水线没有剩余buffer,因此需要等待。
这个模型抽象理解非常简单。下图,右边消费者是底层图形栈——它每消费完一个buffer就会释放掉,每释放一个buffer应用层能用的buffer就加1。左边生产者是App渲染线程——它调用dequeueBuffer申请一个buffer以将它的画面绘制到这个buffer上。buffer送入BufferQueue后由右边的消费者(图形栈)进行消费(合成、上屏显示),然后释放buffer。当图形栈来不及release buffer时,dequeueBuffer的调用者(App渲染线程)将由于无可用buffer,就必须挂起等待了,在perfetto上就留下长长的一段”耗时“(实际上是墙上时间,大部分都没有占用CPU)。
以上,这就是为什么说App渲染线程dequeueBuffer严重耗时中的耗时为什么要打引号,为什么要说是被图形层拖累了。
下图可以看到,刨去dequeueBuffer的严重异常耗时,执行渲染的部分耗时相对于正常的case几乎没有差异,这可以断言渲染线程的惨烈耗时主要就是被dequeueBuffer浪费了。
从GPU Completion来看,此时GPU正在为SF工作,因为在图中看到(不好意思没有截全,下图你是看不出来的),dequeueBuffer总是在SF的GPU Completion结束之后结束的,这就表明SF正在通过GPU消费buffer(调用GPU进行合成后提交,然后标记buffer允许被渲染线程dequeue)。dequeueBuffer获取到就绪的buffer此时此刻取决于SF的消费能力——因为case中它是短板。(当然图形层的buffer可用不止SurfaceFlinger需要释放,因为SF释放后buffer实质上流转到更底层的HWC,等它将Buffer提交到屏幕后才会释放,这里释放后才能给App再次使用(上面哪个模型图把SF和HWC合并为流水线的图形层buffer消费者)。
从perfetto报告看HWC release非常及时、余量充足,SF的GPU Completion则较紧密地接着dequeueBuffer返回,基本断言是SF太慢了——排除HWC的责任。(下图看不出来,当时没有截图到HWC的release情况。)
到这里,除了再次确认排除了前台App的问题外,还可以断言问题来自SurfaceFlinger过分耗时。此外将问题范围的下界从整个SF合成流程(上文的Vsync-sf)缩小到了排除HWC的范围。
结论:渲染耗时一切正常,问题出现在SF消费buffer(合成图形)失速了,导致没有可用的buffer供渲染线程使用。从下图的SF的工况(第三列)来看,情况确实如此。
既然一口咬定是SF的锅,那就瞧瞧SF。先看SF的INVALIDATE,这没啥好看的,异常case和正常case都是~2.5ms。主要看refresh,正常case ~6.8ms,异常case ~.8ms。refresh包含SF的合成四件套,包括rebuildLayerStack、CalcuateWorkingSet、Prepare、doComposition。Perfetto报告直接表明,case的后台录屏导致的额外一次合成和配套工作是主要的耗时增量。
之所以会执行两次合成,是因为后台录屏工具编程上通过Android SDK提供的MediaProjection配合VirtualDisplay实现一个虚拟的镜像的屏幕。SurfaceFlinger会将画面输送一份到这个虚拟的Display以实现屏幕图像传送到录屏工具,虚拟的屏幕要求额外的一次合成。从上图可以直接得出结论,case带来的额外工作消耗就是对该录屏用的VirtualDisplay的合成工作(doComposition)带来的。
VirtualDisplay合成耗时由于问题范围已经缩小到了很小的一个范围,在SurfaceFlinger的Refresh过程中,case相对正常应用有巨大的差异耗时,几乎完全来自于对VirtualDisplay的合成耗时(doComposition)。同时也可以看到,两次合成(一次是设备的物理屏幕,一次是case的后台录屏工具创建的虚拟屏幕)中,虚拟屏幕的耗时远远高于物理屏幕(4倍以上)。
通过查看ATRACE的tag(上图,Perfetto中SurfaceFlinger中主线程的各个trace point都是用ATRACE打的tag),结合dumpsys SurfaceFlinger,能直接看到的线索是:
虚拟屏显著耗时,且合成工作通过GLES调用GPU完成
物理屏合成耗时很小,它通过HWC合成
结合图中提示的trace tag、耗时,可以得出结论,使用GPU合成的虚拟屏中因GPU合成耗时很长,导致它显著高于物理屏HWC合成耗时。如果GPU合成能够和HWC合成一样快,或者干脆让虚拟屏也使用HWC合成,那么可以预期SurfaceFlinger的合成工作的消耗将显著降低。
结论本小节综合上述三个小节的分析,对节”定性问题“下一个结论。
耗时的本质已经被看透,录屏工具申请创建的VirtualDisplay没有通过HWC进行合成,而是通过GPU进行合成,它耗时很长导致界面卡顿。In one word,case使用的VirtualDisplay的合成方式不够高效。
HWC是Hardward Composer。它接收图形数据,类似于往桌面(真的桌面,不是电脑和手机的桌面)上面叠放照片和纸张——即合成过程。这个工作能将界面上几个窗口叠加在一起后送到屏幕上显示。通过GLES调动GPU也能干这活,不过HWC执行合成的动作是纯硬件的——它很快,比GPU快几倍。
定位问题前面虽然定性了问题原因是合成方式不够高效,但是没有得出其中的原理——为什么虚拟屏不使用高效的HWC进行合成。本节通过介绍HWC的原理、SurfaceFlinger控制合成方式、虚拟屏Surface特性等来介绍图形栈中合成方式的处理模式。掌握了相关管理后,探讨一些尽量通用的共性的解决方案实现性能优化。最后着重介绍多套优化方案中的一种直面根本原因的解决方法——MediaCodec.MediaFormat创建的支持HWC合成的Surface方案。
SurfaceFlinger如何决定使用HWC还是GPU合成? SurfaceFlinger合成主要可以依靠两条路径。其中之一是”纯硬“的HWC合成(在dumpsys SurfaceFlinger中可以看到Composition type为DEVICE),另一个是通过OpenGL让GPU进行合成(Composition type为CLIENT)。
除非是功耗上的设计,否则SurfaceFlinger总是会优先检查本次合成是否支持使用HWC。编程上,在合成阶段之一的prepare过程中,SurfaceFlinger通过prepareFrame在RenderSurface与Hardware Composer(即HWC)的HIDL服务通信,完成hwc layer的创建。但是,layer能够成功创建不意味着一定支持HWC合成。SurfaceFlinger通过getChangedCompositionTypes向HWC查询不支持HWC合成的Layer。该方法返回的layer如果被标记为CLIENT合成,那么这部分Layer无法由HWC进行合成,而只能通过GPU进行合成——case的VirtualDisplay就是这个情况。
部分layer可能不能由HWC合成的原因(除功耗策略、其他软件策略外):
HWC layer达到上限 Hardware Composer支持的layer数量是有限的。查阅公开资料可知,HWC合成动作属于硬件提供的能力,它们的合成能力受到硬件本身的限制。Google官方资料对Android设备的要求是,HWC最少应该支持4个Layer,分别用于一个常规页面上最常见的4个层:壁纸、状态栏、导航栏和应用窗口。 在case设备中,经过测试,该平台的HWC最多支持7个能进行HWC合成的layer,从第8个layer开始,完完全全只能使用CLIENT合成亦即SurfaceFlinger调用RenderEngine通过OpenGL调动GPU进行合成。 正是由于HWC合成layer有上限,因此在弹出多个弹窗、叠加过于复杂时,即使界面简单也有可能出现比较明显的卡顿。
VirtualDisplay的Surface格式不受HWC支持 HWC的硬件合成能力对buffer(Surface封装)内保存的图像的格式有要求。比如,HWC不能处理缩放,仅支持一部分的格式,大多数都还有其他因素会导致不支持,如旋转、部分Alpha等等。In one word,图像格式的数量是远远多于HWC支持的类型数的。当HWC碰到不支持合成的Surface时,就会在前文提过的getChangedCompositionTypes中通知SurfaceFlinger,由SurfaceFlinger转为使用GPU合成。
结合上述几种情况,设计实验验证。其中通过在物理屏上弹窗来增加Layer以获取HWC Layer上限。确认case无法使用HWC合成不是Layer上限导致的问题后,通过对比来验证Surface格式问题。Surface是对native层的buffer的封装,其类型广泛、实现复杂,一个一个试是不现实的。通过对比性能强劲的类似实现可以一探究竟。Android adb提供一个出厂自带的录屏命令screenrecord、用于测试双屏显示功能的虚拟辅助屏幕(开发者模式-模拟辅助屏)、著名远程窥屏工具scrcpy等三个工具是一系列重要参考。
经过测试,screenrecord和scrcpy创建的VirtualDisplay支持HWC合成——这是优化目标。首先看看它们的实现。
编程上,虚拟辅助屏幕采用了与case一模一样的实现——通过创建VirtualDisplay让图形层额外合成一次屏幕到该虚拟屏幕中。虚拟屏幕本质上将画面发送给录屏功能实现,而非进行显示来完成录屏。
通读screenrecord源码,逻辑上,它与虚拟辅助屏、case录屏应用是相同的——VirtualDisplay录屏。但是编程上略有差异:
screenrecord直接通过binder与SurfaceFlinger通信,获取了raw VirtualDisplay,而
如何在Android设备上开启和关闭录屏功能?
想要在安卓设备上轻松录屏,只需按照以下步骤操作:打开屏幕录制功能:首先,找到手机屏幕顶部的菜单,轻轻点击那个向下滑动的“展开”按钮,它通常位于通知栏附近。
启动录制:在展开的菜单中,滑动找到并点击“录屏”或“屏幕录制”选项,这个图标通常是一个视频播放的快进或暂停按钮,确认你选择的是录制模式。
开始录制你的屏幕:点击后,屏幕上会开始显示计时器和录制按钮,此时你可以开始进行你要记录的操作了。
结束录制:完成所有需要录制的内容后,再次点击屏幕上的“屏幕录制”按钮,录制过程就会自动停止,然后你可以选择保存或查看录制的视频。
安卓系统背景:Android是一个开源操作系统,源于Linux内核,由谷歌和Open Handset Alliance领导开发,最初由Andy Rubin创立,专为智能手机设计。年,它被谷歌收购并投入大量资源进行优化和扩展,如今已广泛应用于智能手机和平板电脑领域。 总结:通过简单几步,你就能掌握安卓设备的录屏技巧。无论是演示教程还是记录生活瞬间,Android录屏功能都为你的需求提供了强大支持。希望这些指导对你有所帮助!