【整理】关于Android图形系统的一些事实真相

现在网上满天飞的各类关于Android图像渲染的水文实在让我不爽，下面给大家一些关于Android硬件渲染的事实真相，硬件加速并非大家想的那么完美，而我们也一直在改进！1. Android 一直在使用硬件加速。实际上从1.0版本之后，所有的窗口元素的合成与显示都是通过硬件完成的。

2.这意味着许多你所看见的动画都是被加速过的：按钮的显示、通知栏下拉的阴影、不同Activity之间的切换动画、弹出窗口以及提示框的显示和隐藏等等等等。

3.Android以前使用软件方式(与硬件加速相对应)来控制各个窗口元素的渲染，例如下图的UI，其中包括四个窗口组件：状态条、壁纸、桌面上的的启动器、以及菜单。如果其中一个元素更改了自身的内容，例如高亮一个菜单条目，对于3.0之前的版本，系统使用软件方式来绘制新的内容，然而并非所有的元素都需要被重新绘制，同时各个窗口元素的拼接也是通过硬件方式完成的。类似的，任何窗口的移动：例如菜单的上下运动是完全通过硬件方式渲染的。



4. 现在我们来关注窗口元素的内部渲染，实际上为了达到每秒60帧的FPS,你并不一定需要硬件加速。帧速取决于要显示的像素的数量以及CPU的速度。比如说，二儿子完全可以以60FPS的速度在它800*480分辨率的屏幕上完成任何普通的原生UI动画，例如列表的滚动等，完全没有问题。而最初的Droid系列却很难达到这样的速度。

5.在Android3.0中可以实现窗口的”完全”的硬件加速绘制。而在Android 4.0中也没有引入更多的功能。 从3.0开始，如果在你的应用中设置了一个标志允许硬件加速，那么此时所有的窗口的绘制都会交给GPU来完成。在Android 4.0中最主要的改变就是：在面向Android4.0或更高版本的应用中，硬件加速是被默认开启的，再也不需要在配置文件中设置 android:handwareAccelerated=”true”.(而我们不允许之前的应用默认打开硬件加速，是因为光靠硬件加速，无法很好的完成某些特殊的绘制操作；同时在应用需要其中一部分UI更新的时候，会影响其的一些表现。对于目前现有的很多应用，强制开启硬件加速，会明显的中断应用的运行)

6.硬件加速并不如大家所认为的那样完美。例如在基于PVR驱动的设备上(比如二儿子跟三儿子)，光是在进程中开启OpenGL就得占用8M的RAM。对比一般进程的2M的开销实在是巨大。RAM是有限的，一大部分被拿去绘制，那么其他正在运行的进程就会因为缺少内存而出问题，比如降低应用间切换的速度。

7.由于OpenGL的额外开销，我们最好不要过多的使用其进行绘制。比如我们现在在做的一些工作，就是为了让Android 4.0能在不使用硬件加速的情况下流畅的在二儿子上使用：这样我们就不需要在系统进程中浪费8MB的内存用，也不需要在手机进程中浪费额外的8M内存，或者是在系统UI进程中的8MB内存 等等等等。相信我，你不会注意到——用OpenGL来绘制一些类似状态栏或是华丽的动画是完全没有好处的。

8.硬件加速并非流畅UI的“解药”。我们为了UI的流畅尝试了很多不同的方法，比如说在1.6中引入的对前台/后台进程的调度策略，在2.3中的对输入系统的重写，”严厉模式”的使用，并发的垃圾回收机制，载入器等等。如果你想达到60fps的帧速，你只有20毫秒的时间来处理每帧的内容。这时间实在不长，光是在UI进程中读取存储卡的操作产生的延时就会大于这个时限，尤其是在写操作的时候。

9.举些最近发现的一些影响UI流畅度的例子：我们注意到在二儿子上，使用4.0时列表的滚动就不如使用2.3时流畅。而导致这个现象的原因则是计时器的轻微漂移：有些时候应用正在接收触摸事件并在屏幕上绘制，而在上一个动作还没完成的的时候，就接受到下一个事件并开始绘制，导致它丢失了当前这帧。尽管发生这种现象的时候，帧速能达到稳定的60FPS.(当然，这个问题已经修正)

10.当人们比较Android跟IOS上浏览器的滚动流畅度的时候，他们所看见的差别并非开没开启硬件加速所导致。 最初的时候，Android使用了一种完全不同的渲染策略，并做了一些折中：网页被转换成一个”显示列表“，持续的在屏幕上进行绘制，而非使用块(Tiles)的形式。它有一个优点：就是在滚动或是缩放的时候不会发生有的块还没被渲染出来的现象(译者注：早期的IOS上这种现象非常明显，快速滚动到底部时要等一会网页才会一块一块的绘制出来)。 而这个方法的不给力之处就在于页面复杂的时候，帧速就明显低了。例如Android3.0，浏览器中现在开始使用块的方式进行渲染，于是它可以在滚动或是放大的时候保持一个稳定的帧速，自然也会出现新的块没有被立即渲染出来的情况。 而每个块都是以软件方式绘制的，我相信在IOS中也是这样的。(在3.0之前的版本中，没有开启硬件加速，基于块的策略也可以使用。而且如我之前提到的，二儿子可以很容易的达到60FPS)

11.硬件加速不能如大家所想奇迹般的让绘制的问题统统消失。GPU的性能就是一个很重要的限制。最近一个很有趣的例子：基于英伟达的Tegra2的平板可以很容易的以60FPS的速度访问2.5次1280*800分辨率的屏幕中的任何一个像素。现在考虑到在Android 3.0中切换到所有应用列表的情形：你需要绘制背景(1x 所有的像素)、接着是快捷方式和桌面小工具(假设内容不多，花费0.5x)，接着是所有应用的黑色背景(1x)，接着是所有应用的ICON(0.5x)。显然，我们已经超过了原先的预算了，而此时我们还没完成各个独立窗口元素的拼接并做最后的显示。想要取得60FPS的动画，Android 3.0以及后续版本使用了一系列的小技巧。 其中主要的一个就是： 它将所有的窗口元素平铺在一个层中，而不是挨个拷贝到CPU的缓存中。但即使是这样，我们已然超出预算，幸好我们使用另一个技巧：因为Android中的背景是一个独立的窗口元素，我们可以将它设置的比屏幕更大来放置整幅位图，现在，用户开始滑动，背景跟着运动，此时并不需要任何特殊的绘制，仅仅是移动窗口即可，而由于这个窗口是在一个平铺层上，我们甚至不需要用GPU来将这个窗口元素组织到屏幕中输出。

12.随着屏幕分辨率的不断升高，能否达到60FPS跟GPU的速度尤其是内存总线带宽息息相关。事实上，如果你想要提升硬件的效力，特别注意要提升内存总线的带宽。很多时候CPU(特别是带有完美的NEON指令集的CPU)会比内存总线块的多。

UPDATE：下面居然有这么多讨论，但是我木有能力解释清楚相关的所有问题了。不过我会尽力在这里提供一些我认为比较有趣的观点。

有些人认为盖世兔已经有了一个非常流畅的UI并指出他们已经超越三儿子并做了很多改进。事实上，大家忽略了很多设备的差异，盖世兔的屏幕是480*800而三儿子是720*1280。如果二儿子在它480*800的屏幕上都能达到60FPS，拥有更NB的CPU的盖世兔必须得同样流畅嘛。

而两者之间最大的差别就是三儿子需要同时绘制2.4倍于盖世兔的像素。这相当于在单核上提升到2.4倍的速度。(需要指出 在UI渲染的时候，多核是没有意义的，因为渲染必须要在一个进程中完成，无法并行)

这就是为什么硬件加速非常重要：随着像素的提升，GPU通常能更好的处理图像的运算。事实上，这是我们在Android中引入硬件加速的最大动力。在720*1280的屏幕上，现有的ARM CPU达到60FPS很吃力，但是通过GPU渲染就不同了。同样，在与盖世兔的比较中，同时打开没有硬件加速的应用，在三儿子中无法达到盖世兔同样的60FPS，是因为它得渲染2.4倍于盖世兔的像素。

在最后，还得提及GPU的另外一个优势：许多绘制的效果变得更加容易。比如你要以软件形式绘制一个位图，你除了设置一个位移，不能做任何事。仅仅是缩小就得花上相当多的时间进行渲染。而在GPU中，此类转换则相当容易。这就是为神马新的默认主题Holo使用硬件加速绘制背景。而在没有开启硬件加速的应用中，此类背景会自动去掉~

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(说明：后面的很多评论认为我写这个只是为Android不如IOS卡乱找借口或是不体贴用户等等，我在这里需要澄清一下：我之所以写这篇文章，仅仅是为了纠正网上传播的关于Android的各种错误认知。我并非是为了解释什么，只不过是想给那些关注Android却又被网上各种错误认知困扰的童鞋提供参考)