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落叶知秋|程序员必懂的Android 技术之 VSYNC、 Choreographer 起源

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Project Butter
现在我们已经很少能够听到关于 Android UI 卡顿的话题了 ， 这得益于 Google 长期以来对 Android 渲染性能的重视 ， 基本每次 Google I/O 都会花很多篇幅讲这一块 。 随着时间的推移 ， Android 系统一直在不断进化、壮大 ， 并且日趋完善 。
其中 ， Google 在 2012 年的 I/O 大会上宣布了 Project Butter 黄油计划 ， 那个曾经严重影响 Android 口碑的 UI 流程性问题 ， 首先在这得到有效的控制 ， 并且在 Android 4.1 中正式开启了这个机制 。
Project Butter 对 Android Display 系统进行了重构 ， 引入了三个核心元素 ， 即 VSYNC、Triple Buffer 和 Choreographer 。
其中 VSYNC 是理解 Project Butter 的核心 。 接下来 ， 我们就围绕 VSYNC 开始介绍 Project Butter 对 Android Display 系统做了哪些优化 。
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VSYNC
VSYNC 最初是由 GPU 厂商开发的一种 ， 用于防止屏幕撕裂的技术方案 ， 全称 Vertical Synchronization ， 该方案很早就已经被广泛应用于 PC 上 。 我们可以把它理解为一种时钟中断 。
1. 前世VSYNC 是一种图形技术 ， 它可以同步 GPU 的帧速率和显示器的刷新频率 ， 所以在理解 VSYNC 产生的原因及其作用之前 ， 我们有必要先来了解下这两个概念 。
刷新频率（Refresh Rate）
表示屏幕在一秒内刷新画面的次数 ，刷新频率取决于硬件的固定参数 ， 单位 Hz（赫兹） 。 例
如常见的 60 Hz、144 Hz ， 即每秒钟刷新 60 次或 144 次 。
逐行扫描
显示器并不是一次性将画面显示到屏幕上 ， 而是从左到右边 ， 从上到下逐行扫描显示 ， 不过这一过程快到人眼无法察觉到变化 。 以 60 Hz 刷新率的屏幕为例 ， 即 1000 / 60 ≈ 16ms 。
帧速率 （Frame Rate）
表示 GPU 在一秒内绘制操作的帧数 ， 单位 fps 。 例如在电影界采用 24 帧的速度足够使画面运行的非常流畅 。 而 Android 系统则采用更加流畅的 60 fps ， 即每秒钟绘制 60 帧画面 。
屏幕撕裂
现在 ， 刷新频率和帧率需要一起合作 ， 才能使图形内容呈现在屏幕上 ， GPU 会获取图形数据进行绘制 ，然后硬件负责把图像内容呈现到屏幕上 ， 这一过程在应用程序的生命周期内一遍又一遍的发生 。
落叶知秋|程序员必懂的Android 技术之 VSYNC、 Choreographer 起源如上图 ， CPU / GPU 生成图像的 Buffer 数据 ， 屏幕从 Buffer 中读取数据刷新后显示 。
理想情况下帧率和刷新频率保持一致 ， 即每绘制完成一帧 ， 显示器显示一帧 。 不幸的是 ， 刷新频率和帧率并不总是能够保持相对同步 ， 如果帧速率实际比刷新率快 ， 例如帧速率是 120 fps ， 显示器的刷新频率为 60 Hz 。 此时将会发生一些视觉上的问题
落叶知秋|程序员必懂的Android 技术之 VSYNC、 Choreographer 起源当 GPU 利用一块内存区域写入一帧数据时 ， 从顶部开始新一帧覆盖前一帧 ， 并立刻输出一行内容 。 当屏幕刷新时 ， 此时它并不知道图像缓冲区的状态 ， 因此从缓冲区抓取的帧并不是完整的一帧画面（绘制和屏幕读取使用同一个缓冲区） 。
此时屏幕显示的图像会出现上半部分和下半部分明显偏差的现象 ， 这种情况被称之为 “tearing”（屏幕撕裂） 。
发生 “tearing” 现象的根源是由于帧速率与刷新频率不一致导致 。
Double Buffer（双重缓存）那如何防止 “tearing” 现象的发生呢？由于图像绘制和读取使用的是同一个缓冲区 ， 所以屏幕刷新时可能读取到的是不完整的一帧画面 。


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