Android性能：通过Choreographer检测UI丢帧和卡顿

Android系统每隔16ms重绘UI界面，16ms是因为Android系统规定UI绘图的刷新频率60FPS。Android系统每隔16ms，发送一个系统级别信号VSYNC唤起重绘操作。1秒内绘制UI界面60次。每16ms为一个UI界面绘制周期。
平常所说的“丢帧”情况，并不是真的把绘图的帧给“丢失”了，也而是UI绘图的操作没有和系统16ms的绘图更新频率步调一致，开发者代码在绘图中绘制操作太多，导致操作的时间超过16ms，在Android系统需要在16ms时需要重绘的时刻由于UI线程被阻塞而绘制失败。如果丢的帧数量是一两帧，用户在视觉上没有明显感觉，但是如果超过3帧，用户就有视觉上的感知。丢帧数如果再持续增多，在视觉上就是所谓的“卡顿”。
丢帧是引起卡顿的重要原因。在Android中可以通过Choreographer检测Android系统的丢帧情况，以作为进一步分析卡顿的基础：

package zhangphil.test;

import android.os.Bundle;
import android.support.annotation.Nullable;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.util.Log;
import android.view.Choreographer;
import android.view.View;

public class ANRActivity extends AppCompatActivity {

    private MyFrameCallback mFrameCallback = new MyFrameCallback();

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        Choreographer.getInstance().postFrameCallback(mFrameCallback);

        setContentView(R.layout.activity_anr);
        findViewById(R.id.button).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                uiLongTimeWork();
            }
        });
    }

    public class MyFrameCallback implements Choreographer.FrameCallback {
        private String TAG = "性能检测";
        private long lastTime = 0;

        @Override
        public void doFrame(long frameTimeNanos) {
            if (lastTime == 0) {
                //代码第一次初始化。不做检测统计。
                lastTime = frameTimeNanos;
            } else {
                long times = (frameTimeNanos - lastTime) / 1000000;
                int frames = (int) (times / 16);

                if (times > 16) {
                    Log.w(TAG, "UI线程超时(超过16ms):" + times + "ms" + " , 丢帧:" + frames);
                }

                lastTime = frameTimeNanos;
            }

            Choreographer.getInstance().postFrameCallback(mFrameCallback);
        }
    }

    private void uiLongTimeWork() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Choreographer周期性的在UI重绘时候触发，在代码中记录上一次和下一次绘制的时间间隔，如果超过16ms，就意味着一次UI线程重绘的“丢帧”。丢帧的数量为间隔时间除以16，如果超过3，就开始有卡顿的感知。

代码运行输出：

07-20 11:23:40.082 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):17ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.099 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):17ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.145 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):28ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.165 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):20ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.190 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):24ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.208 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):17ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.224 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):17ms , 丢帧:1
07-20 11:23:40.257 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):33ms , 丢帧:2
07-20 11:23:40.306 5654-5654/zhangphil.test W/性能检测: UI线程超时(超过16ms):24ms , 丢帧:1

如果手动点击按钮故意阻塞1秒，丢弃的帧数更多。