Android绘制优化（二）布局优化

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前言

我们知道一个界面的测量和绘制是通过递归来完成的，减少布局的层数就会减少测量和绘制的时间，从而性能就会得到提升。当然这只是布局优化的一方面，那么如何来进行布局的分析和优化呢？本篇文章会给你一个满意的答案。

1.布局优化工具

在讲到如何去布局优化前，我们先来学习两种布局优化的工具。

Hierarchy Viewer

Hierarchy Viewer是Android SDK自带的可视化的调试工具，用来检查布局嵌套和绘制的时间。需要注意的是在在Android的官方文档中提到：出于安全考虑，Hierarchy Viewer只能连接Android开发版手机或是模拟器。
首先我们在Android Studio中选择Tools->Android->Android Device Monitor，在Android Device Monitor中选择Hierarchy Viewer ，如下图所示：

选择Hierarchy Viewer后会进出Hierarchy Viewer窗口，如下图所示。

Hierarchy Viewer中有4个四个子窗口，它们的的作用为：
- Windows：当前设备所有界面列表。
- Tree View：将当前Activity的所有View的层次按照高层到低层从左到右显示出来。
- Tree Overview：全局概览，以缩略的形式显示。
- Layout View：整体布局图，以手机屏幕上真实的位置呈现出来。单击某一个控件，会在Tree Overview窗口中显示出对应的控件。

根据上面讲到的Hierarchy Viewer的4个四个子窗口，我们可以很容易的查看我们布局控件的层级关系。当然Hierarchy Viewer还可以查看某一个View的耗时，我们可以选择某一个View，然后单击下图红色箭头标识的按钮，这里我们把他简称为Layout Time按钮。

从图中可以看出被选中的RelativeLayout自身的Measure、Layout和Draw的耗时数据都为n/a。单击Layout Time按钮后，就可以查看View的耗时情况了，如下图所示。

从图中可以看出，被选中的LinearLayout给出了自身Measure、Layout和Draw的耗时，并且它所包含的View中都有了三个指示灯，分别代表当前View在Measure、Layout和Draw的耗时，绿色代表比其他50%View的同阶段（比如Measure阶段）速度要快，黄色则代表比其他50%View同阶段速度要慢，红色则代表比其他View同阶段都要慢，则需要注意了。如果想要看View的具体耗时，则点击该View就可以了。

Android Lint

Android lint是在ADT 16提供的新工具，它是一个代码扫描工具，通过代码静态检查来发现代码出现的潜在问题，并给出优化建议。检查的范围主要有以下几点：
- Correctness 正确性
- Security 安全性
- Performance 性能
- Usability 可用性
- Accessibility 可达性
- Internationalization 国际化

Android Lint功能十分强大，这里我们只关注XML布局检查，我们可以通过Android Studio的Analyze->Inspect Code来配置检查的范围，如下图所示。

点击上图的OK按钮后，就会进行代码检查，检查的结果如下图所示。

图中列出了项目中出现的问题种类，以及每个问题种类的个数，问题种类包括我们前面提到的Correctness 、Internationalization 、Performance等。我们点击展开最后的XML一项，点击一个问题，就会出现如下图的提示。

可以看出给出了Namespace declaration is never used的提示，并指出了问题所在的文件和行数，我们点击数字3，直接跳入到问题的代码，发现如下代码：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:id="@+id/activity_main"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">
    ...

第三行的Namespace 确实没有被用到。如果想要自定义Android Lint的检查提示，可以通过File->Settings->Editor->Inspections中来配置Android Lint，如下图所示。

从图中可以发现，我们可以配置Android Lint检查的范围以及问题的严重等级。

2.布局优化方法

布局的优化方法很多，主要包括合理运用布局、Include、Merge、ViewStub，下面我们来一一对这些内容进行讲解。
合理运用布局
我们常用的布局主要有LinearLayout、RelativeLayout和FrameLayout等，合理的使用它们可以使得Android绘制工作量变少，性能得到提高。我们来举个简单的例子。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="horizontal">
    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="布局优化" />
    <LinearLayout
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginLeft="10dp"
        android:orientation="vertical">
        <TextView
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="Merge" />
        <TextView
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="ViewStub" />
    </LinearLayout>
</LinearLayout>

上面的代码用了两个LinearLayout来进行布局，运行效果如下图所示。

我们用Hierarchy Viewer来查看层级情况，如下图所示。

可以看到我们的布局共有3层，一共含有5个View。如果我们用RelativeLayout来进行改写呢？代码如下所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">
    <TextView
        android:id="@+id/tv_text1"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="布局优化" />
    <TextView
        android:id="@+id/tv_text2"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginLeft="10dp"
        android:layout_toRightOf="@id/tv_text1"
        android:text="Merge" />
    <TextView
        android:id="@+id/tv_text3"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_below="@id/tv_text2"
        android:layout_marginLeft="10dp"
        android:layout_toRightOf="@+id/tv_text1"
        android:text="ViewStub" />
</RelativeLayout>

我们只用了一个RelativeLayout来进行布局。用Hierarchy Viewer来查看层级情况，如下图所示。

布局共有两层，一共含有4个View。从这里我们就可以看出我们用RelativeLayout减少了一层的布局，当然这只是一个简单例子，如果布局复杂，那么合理的用RelativeLayout来替代LinearLayout会减少很多层布局。
一般情况下，RelativeLayout的性能是比LinearLayout低，因为RelativeLayout中的View的排列方式是基于彼此依赖的。但是如果布局层数较多时，如果能用RelativeLayout来实现，还是推荐用RelativeLayout。

使用Include标签来进行布局复用

一个很常见的场景就是，多个布局需要复用一个相同的布局，比如一个TitleBar。如果这些界面都要加上这个相同布局TitleBar，维护起来就就很麻烦，我们需要复制TitleBar的布局到每个需要添加的界面，这样容易发生遗漏。如果需要修改TitleBar则需要去每个引用TitleBar的布局进行修改。为了解决这些问题，我们可以用Include标签来解决。
首先我们先来写一个简单的TitleBar布局：titlebar.xml 如下所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="40dp"
    android:background="@android:color/darker_gray">
    <ImageView
        android:layout_width="30dp"
        android:layout_height="30dp"
        android:src="@drawable/ico_left"
        android:padding="3dp"
        android:layout_gravity="center"/>

    <TextView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_gravity="center"
        android:gravity="center"
        android:text="绘制优化" />
</LinearLayout>

这个TitleBar由ImageView和TextView组成，下面我们将TitleBar引入到我们此前用过的布局中，如下所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="vertical">
    <include layout="@layout/titlebar" />
    <RelativeLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:orientation="horizontal">

        <TextView
            android:id="@+id/tv_text1"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="布局优化" />
     ...
    </RelativeLayout>
</LinearLayout>

可以看到我们用include标签引入了titlebar布局，运行效果如下图所示。

用Merge标签去除多余层级

Merge意味着合并，在合适的场景使用Merge标签可以减少多余的层级。Merge标签一般和Include标签搭配使用，上面的例子，我们用Hierarchy Viewer来查看布局层级，如下图所示。

可以看到我们用Include标签引用的布局的根布局是一个LinearLayout。如果我们使用Merge标签来替换LinearLayout呢？titlebar.xml 的代码如下所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<merge xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="40dp"
    android:background="@android:color/darker_gray
   >
    <ImageView
        android:layout_width="30dp"
        android:layout_height="30dp"
        android:src="@drawable/ico_left"
        android:padding="3dp"
        android:layout_gravity="center"/>

    <TextView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_gravity="center"
        android:gravity="center"
        android:text="绘制优化" />
</merge>

这时我们再用Hierarchy Viewer来查看布局层级，如下图所示。

可以看到此前的根布局LinearLayout没有了，但是我们用merge标签来替代LinearLayout导致LinearLayout失效，因此布局就错乱了，因此可以得知merge标签最好是来替代FrameLayout，或者是布局一致的LinearLayout，比如当前布局的LinearLayout是垂直方向的，被包含的布局的LinearLayout也是垂直方向的则可以用merge标签，本场景包含的LinearLayout是水平的，显然并不符合这一要求。但是如果执意想要在本场景使用merge标签也是可以的，就是用继承自LinearLayout的自定义View，代码如下所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="vertical">
    <com.example.liuwangshu.moonlayout.TitleBar
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:orientation="horizontal"
        android:background="@android:color/darker_gray">
    </com.example.liuwangshu.moonlayout.TitleBar>
    <RelativeLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:orientation="horizontal">
    <TextView
            android:id="@+id/tv_text1"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="布局优化" />
      ...
    </RelativeLayout>
</LinearLayout>

上面布局中TitleBar就是一个自定义View，它继承LinearLayout。我们在TitleBar标签中添加此前的LinearLayout的属性：android:orientation和android:background。

使用ViewStub来提高加载速度

一个很常见的开发场景就是我们想要一个布局时，并不是所有的控件都需要显示出来，而是显示出一部分，对于这种情况，我们一般采用的方法就是使用View的GONE和INVISIBLE，但是这种方法效率不高，虽然是达到了隐藏的目的，但是仍在布局当中，系统仍然会解析它们，我们可以用ViewStub来解决这一问题。
ViewStub是轻量级的View，不可见并且不占布局位置。当ViewStub调用inflate方法或者设置可见时，系统会加载ViewStub指定的布局，然后将这个布局添加到ViewStub中，因此，在对ViewStub调用inflate方法或者设置可见时，它是不占布局空间和系统资源的，它主要的目的就是为目标视图占用一个位置。因此，使用ViewStub可以提高界面初始化的性能，从而提高界面的加载速度。
我们首先在布局中加入ViewStub标签，布局代码如下所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="vertical">
  <ViewStub
      android:id="@+id/viewsub"
      android:layout_width="match_parent"
      android:layout_height="40dp"
      android:layout="@layout/titlebar"/>
   ...
</LinearLayout>

ViewStub标签中用android:layout引用了此前写好的布局titlebar.xml。这时我们运行程序，ViewStub标签所引用的布局是显示不出来的，因为引该局还没有加载到ViewStub中，接下来在代码中使用ViewStub：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private ViewStub viewsub;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        viewsub= (ViewStub) findViewById(R.id.viewsub);
//        viewsub.inflate();//1
        viewsub.setVisibility(View.VISIBLE);//2
    }
}

可以使用注释1和注释2处的代码来将ViewStub引用的布局加载到ViewStub中，这样引用的布局就显示了出来。
在使用ViewStub时需要主要以下问题：
- ViewStub只能加载一次，加载后ViewStub对象会被置为空，这样当ViewStub引用的布局被加载后，就不能用ViewStub来控制引用的布局了。因此，如果一个控件需要不断的显示和隐藏，还是要使用View的Visibility属性。
- ViewStub不能嵌套Merge标签。
- ViewStub操作的是布局文件，如果只是想操作具体的View，还是要使用View的Visibility属性。

3.避免GPU过度绘制

什么是过度绘制呢？我们来打个比方，假设你要粉刷房子的墙壁，一开始刷了绿色，接着又刷了黄色，这样黄色就将绿色盖住，也就说明第一次的大量粉刷工作白做了。同样手机屏幕绘制也是如此，过度绘制是指在屏幕上某个像素在同一帧的时间内被绘制多次，从而浪费了GPU和CPU的资源。产生这一原因主要有两个原因：
- 在XML布局中，控件有重叠且都有设置背景。
- View的OnDraw中同一区域绘制多次。

过度绘制是不可避免的，但是过多的过度绘制会浪费很多资源，并且导致性能问题，因此，避免过度绘制是十分必要的。我们可以用Android系统中自带的工具来检测过度绘制。首先要保证系统版本在Android 4.1以上，接着在开发者选项中打开调试GPU过度绘制选项就可以进入GPU过度绘制模式，如下图所示。

这时屏幕会出现出各种颜色，主要有以下几种，如下图所示。

各个颜色的定义为：
- 原色： 没有过度绘制 – 每个像素在屏幕上绘制了一次。
- 蓝色： 一次过度绘制 – 每个像素点在屏幕上绘制了两次。
- 绿色： 两次过度绘制 – 每个像素点在屏幕上绘制了三次。
- 粉色： 三次过度绘制 – 每个像素点在屏幕上绘制了四次。
- 红色： 四次或四次以上过度绘制 – 每个像素点在屏幕上绘制了五次或者五次以上。

最理想的是蓝色，一个像素只绘制一次，合格的页面绘制是白色、蓝色为主，绿色以上区域不能超过整个的三分之一，颜色越浅越好。

避免过度绘制主要有以下几个方案：
1.移除不需要的background。
2.在自定义View的OnDraw方法中，用canvas.clipRect来指定绘制的区域，防止重叠的组件发生过度绘制。

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