Systrace 工具分析Vsync

这篇文章通俗地讲解了 Android 中 Vsync（垂直同步）机制的核心原理，以及如何通过 Systrace 工具观察和分析 Vsync 信号对屏幕渲染的影响，核心内容如下：

一、Vsync：屏幕刷新的 “指挥家”

Vsync 是一种周期性信号（如 60Hz 屏幕对应 16.6ms / 次），作用是同步应用渲染和屏幕刷新，避免画面撕裂或卡顿，就像乐队指挥确保乐器演奏节奏一致：

• 硬件生成：由 HWC（硬件合成器）产生原始 Vsync 信号，分为两类：

  • VSYNC_APP：通知应用 “可以开始渲染新一帧”（如微信界面刷新）。
  • VSYNC_SF：通知 SurfaceFlinger “可以合成已渲染的帧并显示到屏幕”（如将微信界面与状态栏合成）。

• 关键作用：若应用渲染和屏幕刷新不同步，会导致卡顿（如滑动列表时画面跳帧）。

二、Vsync 如何协调渲染流程？

以滑动微信列表为例，流程如下：

1. 应用渲染阶段：

   • 手机收到 VSYNC_APP 信号，微信主线程开始计算列表位置、绘制图标（measure/layout/draw）。
   • 渲染完成后，将画面数据存入 BufferQueue（类似 “待显示的画稿仓库”）。

2. 屏幕合成阶段：

   • 约 16.6ms 后，SurfaceFlinger 收到 VSYNC_SF 信号，从 BufferQueue 取出微信的画稿，与状态栏、导航栏合成，发送到屏幕显示。

3. 理想状态：每 16.6ms 完成一次 “渲染 + 合成”，实现 60fps 流畅效果。

三、Systrace 中的 Vsync 信号长啥样？

通过 Systrace 可看到两种绿色标记：

• VSYNC-app：应用进程中的绿色凸起，代表应用开始渲染新一帧。

• VSYNC-sf：SurfaceFlinger 进程中的绿色凸起，代表开始合成帧。

• 关键观察点：

  • 正常情况下，两者周期均为 16.6ms，且间隔固定。
  • 若 VSYNC-app 后应用渲染耗时超过 16.6ms，会导致下一次 VSYNC-sf 时无新画稿，出现掉帧（卡顿）。

四、Offset：优化渲染时机的 “时间差”

厂商可配置 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 的时间差（Offset），类似调整快递员和收件人的时间差：

• 案例：

  • 若 Offset=4ms，应用先收到 VSYNC_APP 开始渲染，4ms 后 SurfaceFlinger 收到 VSYNC_SF 开始合成。
  • 若应用渲染快（<4ms），合成时能拿到新画稿，提前显示，减少延迟。

• 风险：

  • 若 Offset 设太短（如 1ms），应用可能没渲染完，合成时仍拿旧画稿，反而增加延迟。
  • 设太长则失去优化意义，因此多数厂商默认不配置。

五、图形数据流：从渲染到显示的 “流水线”

1. 应用端：

   • 收到 VSYNC_APP → 主线程计算布局 → 渲染线程画图标 → 存入 BufferQueue。

2. 系统端：

   • 收到 VSYNC_SF → SurfaceFlinger 取出画稿 → 与其他图层合成 → 发送到屏幕。

• Systrace 中的阶段：

  • 应用端：绿色 Frame 标记（渲染完成）。
  • 系统端：SurfaceFlinger 的 onMessageReceived（合成开始）。

六、如何用 Vsync 分析卡顿？

1. 看信号间隔：

   • 若 VSYNC-app 周期变长（如 > 16.6ms），说明应用渲染慢（如列表数据过多）。

2. 看队列状态：

   • BufferQueue 中 “Ready Buffer” 数量为 0，说明应用没及时渲染，SurfaceFlinger 拿不到新画稿。

3. 看 Offset 效果：

   • 配置合理 Offset 后，VSYNC-sf 能提前拿到画稿，减少显示延迟（如游戏场景更跟手）。

七、总结：Vsync 是流畅体验的 “心跳”

Vsync 就像手机的 “心跳”，每 16.6ms 跳动一次，协调应用和屏幕同步工作。通过 Systrace 观察 Vsync 信号和 Offset 配置，可定位渲染瓶颈（如应用主线程卡顿、合成延迟），帮助优化滑动流畅度、游戏帧率等体验。理解这套机制后，开发者能更精准地解决 “滑动卡顿”“画面撕裂” 等问题。