Android TextView 預渲染詳解

Android中的TextView是整個framework中最復雜的控件之一，負責Android中顯示文本的大部分工作，framwork中 的許多控件也直接或者間接的繼承於TextView，例如Button，EditText等。其內部實現也相當復雜，單論代碼行數來說，android- 22中TextView有足足9509行，另外，TextView中許多操作都非常繁重，例如setText操作，需要設置 SpanWatcher，或者需要重現創建一個SpannableString，還需要根據情況重新創建Text Layout，這些操作加起來之後令一次setText操作非常耗時。為了提升TextView的渲染效率，最近研究了一下預渲染的方法，接下來給大家講 解一下原理。

TextView渲染基本原理

首先來介紹下TextView的基本渲染原理，總的來說，TextView中負責渲染文字的主要是這三個類：

1. BoringLayout
   主要負責顯示單行文本，並提供了isBoring方法來判斷是否滿足單行文本的條件。
2. DynamicLayout
   當文本為Spannable的時候，TextView就會使用它來負責文本的顯示，在內部設置了SpanWatcher，當檢測到span改變的時候，會進行reflow，重新計算布局。
3. StaticLayout
   當文本為非單行文本，且非Spannable的時候，就會使用StaticLayout，內部並不會監聽span的變化，因此效率上會比 DynamicLayout高，只需一次布局的創建即可，但其實內部也能顯示SpannableString，只是不能在span變化之後重新進行布局而 已。

另外，以上三個類都繼承於Layout類，在此類中統一負責文本的具體繪制，在Layout.draw方法中，會對文本一行一行的進行渲染：

TextLine tl = TextLine.obtain();

// Draw the lines, one at a time.
// The baseline is the top of the following line minus the current line's descent.
for (int i = firstLine; i <= lastLine; i++) {
      ....
      Directions directions = getLineDirections(i);
      if (directions == DIRS_ALL_LEFT_TO_RIGHT && !mSpannedText && !hasTabOrEmoji) {
         // XXX: assumes there's nothing additional to be done
          canvas.drawText(buf, start, end, x, lbaseline, paint);
      } else {
          tl.set(paint, buf, start, end, dir, directions, hasTabOrEmoji, tabStops);
          tl.draw(canvas, x, ltop, lbaseline, lbottom);
      }
}
TextLine.recycle(tl);

可以看出來對於Spannble，或者包含emoji的文本的話，實際渲染操作是交給了TextLine去繪制，否則直接使用canvas.drawText，TextLine負責單行復雜文本的繪制，其中Spannable, Emoji之類的繪制邏輯都包含在裡面，TextLine的繪制邏輯也並非十分高效，這裡後續將會繼續說明其應該如何優化。

TextLayoutCache

Canvas在drawText的時候，如果需要每次都計算字體的大小，邊距等之類的話，就會非常耗時，導致 drawText時間會拉的很長，為了提高效率，android在4.0之後引入了TextLayoutCache，使用LRU Cache緩存了字形，邊距等數據，提升了drawText的速度，在4.4中，這個cache的大小是0.5M，全局使用，並且會在Activity的configurationChanged,onResume,lowMemory,updateVisibility等時機，會調用Canvas.freeTextLayoutCache來釋放這部分內存。由於這部分的cache是系統底層控制的，我們無法做具體的控制。

TextView的預渲染優化

從TextView的渲染原理來看，如果只是單純的顯示文本，我們根本不需要另外設置SpanWatcher來監聽span的變化，因此我們可以直 接使用BoringLayout或者StaticLayout來直接顯示文本內容，但是BoringLayout只能顯示單行文本，因此這裡最好的選擇是 直接用StaticLayout

我們選擇了自定義View，並希望最終有這樣的一個接口：

public class StaticLayoutView extends View {
    private Layout layout = null;
    public void setLayout(Layout layout) {
        this.layout = layout;
        requestLayout();
    } 
    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        super.onDraw(canvas);

        canvas.save();
        if (layout != null) {
            layout.draw(canvas, null, null, 0);
        }
        canvas.restore();
    }
}

我們可以直接通過設置這個view的Layout來繪制文本，並在onDraw方法中直接使用這個Layout對象來繪制文本。在這裡我們摒棄了setText方法，直接通過Layout來繪制文本，而這裡的Layout對象，我們可以通過預先創建之後才設置進去（這裡可以放到單獨的一個線程中創建），這樣對比起普通TextView的setText方法，我們減少了setText中的許多消耗，可以大幅度的提升效率。

StaticLayout的創建非常簡單，只需要給定文本，寬度等就能直接創建。另外，為了預先填充TextLayoutCache，我們也可以在創建完StaticLayout對象之後，預先在一個dummy canvas中draw出來：

StaticLayout layout = new StaticLayout(TestSpan.getSpanString(i), textPaint, hardCodeWidth, alignment, 1.0f, 0f, true);
layout.draw(dummyCanvas);

性能對比

接下來我們測試一下具體的性能，這裡的testcase放到了Github上：StaticLayoutView

testcase的內容為，在一個ListView中，顯示300個Item，每個item都是一段純文本，裡面全都是包含有大量 ImageSpan的SpannableString，進行兩邊的對比，一邊是直接使用StaticLayout，一邊是使用普通的TextView，並 且這300段文本不全相同，長度不同，隨機生成，在StaticLayout的testcase中，StaticLayout都是預先在另外一個線程創建 好之後才設置進去的，另外SpannableString也是預先生成好的。

另外，在這裡為了模擬真實app繁重的後台工作，另外創建了3個線程，不停在做浮點預算以嘗試搶占CPU資源。

測量性能的指標為，ListView連續向下滾動，測量其平均幀率為多少，分別測量五次，計算其平均值，最終性能測試結果如下：

這裡測試的機器是MX3，左側是直接使用StaticLayout的方案，右側是系統的默認方案，Y軸是FPS，可以看出來，使用優化之後的方案，幀率提升了許多。

References

Improving Comment Rendering on Android 這篇文章介紹了Instagram如何優化他們的TextView渲染的效率，這也是這裡優化方法的來源，Instagram也是直接使用 StaticLayout並通過預先創建Layout的方法來減少了ListView滾動過程中的掉幀率，並且效果非常顯著。這篇文章算是給出了這裡的原 理解析以及一個簡單的實現。