Kotlin自定义View绘制性能优化

Kotlin自定义View绘制性能优化概述

在Android开发中，自定义View是一项非常重要的技能。通过自定义View，开发者可以实现各种独特的界面效果。然而，随着View的复杂度增加，绘制性能问题也会逐渐凸显。Kotlin作为Android开发的首选语言，在自定义View绘制性能优化方面有许多有效的方法。

自定义View的绘制过程主要包括测量（Measure）、布局（Layout）和绘制（Draw）三个阶段。在测量阶段，系统会确定View的大小；布局阶段决定View在父容器中的位置；绘制阶段则是将View的内容绘制到屏幕上。任何一个阶段出现性能问题，都可能导致界面卡顿。

优化测量阶段

1. 避免不必要的测量

在自定义View中，如果View的大小在运行时不会改变，那么可以在构造函数中直接设置固定的宽高，从而避免每次测量。例如：

class FixedSizeView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    init {
        setMeasuredDimension(200, 200)
    }
}

这样，系统在测量该View时，就会直接使用我们设置的固定大小，而不会进行额外的测量计算。

2. 复用已有的测量结果

如果自定义View的大小依赖于父容器的大小，并且父容器的大小在一定时间内不会改变，那么可以复用之前的测量结果。例如，在onMeasure方法中，可以通过一个成员变量来保存上一次的测量结果：

class ReusableMeasureView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private var lastWidth = 0
    private var lastHeight = 0

    override fun onMeasure(widthMeasureSpec: Int, heightMeasureSpec: Int) {
        if (lastWidth != 0 && lastHeight != 0) {
            setMeasuredDimension(lastWidth, lastHeight)
            return
        }
        // 正常的测量逻辑
        val widthMode = MeasureSpec.getMode(widthMeasureSpec)
        val widthSize = MeasureSpec.getSize(widthMeasureSpec)
        val heightMode = MeasureSpec.getMode(heightMeasureSpec)
        val heightSize = MeasureSpec.getSize(heightMeasureSpec)

        var measuredWidth: Int
        var measuredHeight: Int

        when (widthMode) {
            MeasureSpec.EXACTLY -> measuredWidth = widthSize
            MeasureSpec.AT_MOST -> measuredWidth = minOf(desiredWidth, widthSize)
            else -> measuredWidth = desiredWidth
        }

        when (heightMode) {
            MeasureSpec.EXACTLY -> measuredHeight = heightSize
            MeasureSpec.AT_MOST -> measuredHeight = minOf(desiredHeight, heightSize)
            else -> measuredHeight = desiredHeight
        }

        setMeasuredDimension(measuredWidth, measuredHeight)
        lastWidth = measuredWidth
        lastHeight = measuredHeight
    }
}

在上述代码中，当检测到父容器大小未改变时，直接复用上次的测量结果，减少了测量计算的开销。

3. 优化复杂布局的测量

对于包含多个子View的复杂自定义View，合理地组织测量顺序可以提高性能。例如，如果子View之间存在依赖关系，应该先测量依赖的子View，然后再根据依赖子View的测量结果来测量其他子View。

假设我们有一个水平排列的自定义ViewGroup，其中包含两个子View，一个子View的宽度是固定的，另一个子View的宽度是剩余空间。我们可以这样实现测量逻辑：

class HorizontalViewGroup(context: Context, attrs: AttributeSet) : ViewGroup(context, attrs) {
    override fun onMeasure(widthMeasureSpec: Int, heightMeasureSpec: Int) {
        var totalWidth = 0
        var maxHeight = 0
        val count = childCount

        for (i in 0 until count) {
            val child = getChildAt(i)
            measureChild(child, widthMeasureSpec, heightMeasureSpec)
            val childWidth = child.measuredWidth
            val childHeight = child.measuredHeight
            totalWidth += childWidth
            maxHeight = maxOf(maxHeight, childHeight)
        }

        val widthMode = MeasureSpec.getMode(widthMeasureSpec)
        val widthSize = MeasureSpec.getSize(widthMeasureSpec)
        val heightMode = MeasureSpec.getMode(heightMeasureSpec)
        val heightSize = MeasureSpec.getSize(heightMeasureSpec)

        var measuredWidth: Int
        var measuredHeight: Int

        when (widthMode) {
            MeasureSpec.EXACTLY -> measuredWidth = widthSize
            MeasureSpec.AT_MOST -> measuredWidth = minOf(totalWidth, widthSize)
            else -> measuredWidth = totalWidth
        }

        when (heightMode) {
            MeasureSpec.EXACTLY -> measuredHeight = heightSize
            MeasureSpec.AT_MOST -> measuredHeight = minOf(maxHeight, heightSize)
            else -> measuredHeight = maxHeight
        }

        setMeasuredDimension(measuredWidth, measuredHeight)
    }
}

通过先测量子View，再根据子View的测量结果来确定ViewGroup的大小，有效地优化了测量性能。

优化布局阶段

1. 减少布局嵌套

布局嵌套会增加布局计算的复杂度。在自定义View中，尽量避免不必要的布局嵌套。例如，如果可以通过一个自定义ViewGroup实现的布局效果，就不要使用多层LinearLayout或RelativeLayout。

假设有一个简单的水平布局需求，我们可以通过自定义ViewGroup来实现：

class SimpleHorizontalLayout(context: Context, attrs: AttributeSet) : ViewGroup(context, attrs) {
    override fun onLayout(changed: Boolean, l: Int, t: Int, r: Int, b: Int) {
        var childLeft = 0
        val count = childCount
        for (i in 0 until count) {
            val child = getChildAt(i)
            val childWidth = child.measuredWidth
            val childHeight = child.measuredHeight
            child.layout(childLeft, 0, childLeft + childWidth, childHeight)
            childLeft += childWidth
        }
    }
}

这样就避免了使用LinearLayout带来的额外布局嵌套开销。

2. 合理使用缓存

在布局阶段，如果某些布局参数在一定时间内不会改变，可以将这些参数缓存起来。例如，自定义ViewGroup中每个子View的位置和大小，如果在View的生命周期内很少变化，可以将这些信息缓存起来，避免每次布局都重新计算。

class CachedLayoutViewGroup(context: Context, attrs: AttributeSet) : ViewGroup(context, attrs) {
    private val childLayouts = mutableMapOf<Int, Rect>()

    override fun onLayout(changed: Boolean, l: Int, t: Int, r: Int, b: Int) {
        if (!changed && childLayouts.isNotEmpty()) {
            for ((index, rect) in childLayouts) {
                val child = getChildAt(index)
                child.layout(rect.left, rect.top, rect.right, rect.bottom)
            }
            return
        }

        var childLeft = 0
        val count = childCount
        for (i in 0 until count) {
            val child = getChildAt(i)
            val childWidth = child.measuredWidth
            val childHeight = child.measuredHeight
            val childRect = Rect(childLeft, 0, childLeft + childWidth, childHeight)
            child.layout(childRect.left, childRect.top, childRect.right, childRect.bottom)
            childLeft += childWidth
            childLayouts[i] = childRect
        }
    }
}

在上述代码中，当布局参数未改变时，直接使用缓存的布局信息，提高了布局效率。

3. 优化动态布局

如果自定义View的布局需要根据某些动态数据进行调整，尽量减少布局的重新计算次数。例如，可以通过设置一个标志位，当数据变化时，先判断是否真的需要重新布局，只有在必要时才调用requestLayout方法。

class DynamicLayoutView(context: Context, attrs: AttributeSet) : ViewGroup(context, attrs) {
    private var dataChanged = false

    fun updateData() {
        dataChanged = true
        // 其他数据更新逻辑
    }

    override fun onLayout(changed: Boolean, l: Int, t: Int, r: Int, b: Int) {
        if (dataChanged || changed) {
            // 重新布局逻辑
            var childLeft = 0
            val count = childCount
            for (i in 0 until count) {
                val child = getChildAt(i)
                val childWidth = child.measuredWidth
                val childHeight = child.measuredHeight
                child.layout(childLeft, 0, childLeft + childWidth, childHeight)
                childLeft += childWidth
            }
            dataChanged = false
        }
    }
}

通过这种方式，避免了不必要的布局重新计算，提升了性能。

优化绘制阶段

1. 减少绘制操作

在onDraw方法中，尽量减少绘制操作的数量。例如，如果可以通过一次绘制操作实现复杂的图形，就不要进行多次简单绘制。

假设我们要绘制一个带有渐变效果的圆形，我们可以使用Shader来实现一次绘制：

class GradientCircleView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private val paint = Paint()

    init {
        val shader = SweepGradient(0f, 0f, intArrayOf(Color.RED, Color.BLUE), null)
        paint.shader = shader
    }

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        val radius = minOf(width, height) / 2f
        canvas.drawCircle(width / 2f, height / 2f, radius, paint)
    }
}

通过SweepGradient，我们在一次drawCircle操作中实现了渐变效果，而不是多次绘制不同颜色的圆形来模拟渐变。

2. 使用硬件加速

Android系统支持硬件加速，可以将部分绘制操作交给GPU处理，从而提高绘制性能。在自定义View中，可以通过在AndroidManifest.xml文件中设置android:hardwareAccelerated="true"来开启硬件加速。

对于一些复杂的绘制操作，硬件加速的效果尤为明显。例如，绘制大量图形的自定义View：

class ManyShapesView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private val paint = Paint()
    private val shapes = mutableListOf<RectF>()

    init {
        for (i in 0 until 100) {
            val left = (Math.random() * width).toFloat()
            val top = (Math.random() * height).toFloat()
            val right = left + 50
            val bottom = top + 50
            shapes.add(RectF(left, top, right, bottom))
        }
    }

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        for (shape in shapes) {
            canvas.drawOval(shape, paint)
        }
    }
}

在开启硬件加速后，绘制这100个椭圆形的性能会有显著提升。

3. 优化位图绘制

如果自定义View中需要绘制位图，需要注意优化位图的加载和绘制。首先，尽量使用合适尺寸的位图，避免加载过大的位图导致内存浪费和绘制性能下降。可以通过BitmapFactory.Options来设置加载位图的尺寸。

fun decodeSampledBitmapFromResource(res: Resources, resId: Int, reqWidth: Int, reqHeight: Int): Bitmap? {
    val options = BitmapFactory.Options()
    options.inJustDecodeBounds = true
    BitmapFactory.decodeResource(res, resId, options)

    options.inSampleSize = calculateInSampleSize(options, reqWidth, reqHeight)

    options.inJustDecodeBounds = false
    return BitmapFactory.decodeResource(res, resId, options)
}

fun calculateInSampleSize(options: BitmapFactory.Options, reqWidth: Int, reqHeight: Int): Int {
    val height = options.outHeight
    val width = options.outWidth
    var inSampleSize = 1

    if (height > reqHeight || width > reqWidth) {
        val halfHeight = height / 2
        val halfWidth = width / 2

        while (halfHeight / inSampleSize >= reqHeight && halfWidth / inSampleSize >= reqWidth) {
            inSampleSize *= 2
        }
    }

    return inSampleSize
}

在绘制位图时，可以使用Canvas.drawBitmap方法，并设置合适的Paint属性，例如设置filterBitmap为true可以使位图在缩放时更平滑：

class BitmapView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private val paint = Paint()
    private var bitmap: Bitmap? = null

    init {
        paint.filterBitmap = true
        bitmap = decodeSampledBitmapFromResource(resources, R.drawable.sample_image, width, height)
    }

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        bitmap?.let {
            canvas.drawBitmap(it, 0f, 0f, paint)
        }
    }
}

通过优化位图加载和绘制，提升了自定义View的绘制性能。

4. 避免频繁创建对象

在onDraw方法中，频繁创建对象会导致垃圾回收频繁，从而影响性能。例如，尽量复用已有的Paint、Rect、Path等对象。

class ReusableObjectView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private val paint = Paint()
    private val rect = Rect()

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        rect.set(0, 0, width, height)
        canvas.drawRect(rect, paint)
    }
}

在上述代码中，rect对象被复用，避免了每次绘制都创建新的Rect对象。

其他优化方法

1. 使用线程和异步任务

如果自定义View中有一些耗时的操作，例如数据计算或加载，可以使用线程或异步任务来处理，避免阻塞主线程。例如，使用Coroutine来进行异步数据加载：

class AsyncLoadView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private var data: List<Int>? = null

    init {
        CoroutineScope(Dispatchers.IO).launch {
            data = loadData()
            withContext(Dispatchers.Main) {
                invalidate()
            }
        }
    }

    private suspend fun loadData(): List<Int> {
        // 模拟耗时的数据加载
        delay(2000)
        return listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    }

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        data?.forEach {
            // 根据数据进行绘制
        }
    }
}

通过将数据加载放在子线程中，避免了主线程的阻塞，保证了界面的流畅性。

2. 分析性能瓶颈

使用Android Profiler等工具来分析自定义View的性能瓶颈。Android Profiler可以帮助我们查看CPU、内存和GPU的使用情况，找出性能问题所在。例如，通过CPU分析可以查看onMeasure、onLayout和onDraw方法的执行时间，从而针对性地进行优化。

在Android Studio中，打开Android Profiler，选择要分析的应用进程，然后开始录制。在录制过程中，对自定义View进行各种操作，如滚动、缩放等。录制完成后，分析CPU时间轴，找到耗时较长的方法调用，进行优化。

3. 适配不同设备

不同设备的性能和屏幕分辨率不同，在优化自定义View绘制性能时，需要考虑适配不同设备。例如，对于高分辨率设备，可以适当减少绘制的细节，以保证性能。可以通过获取设备的屏幕密度来进行适配：

class AdaptiveView(context: Context, attrs: AttributeSet) : View(context, attrs) {
    private val density = context.resources.displayMetrics.density

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        if (density >= 3.0) {
            // 对于高分辨率设备，减少绘制细节
        } else {
            // 正常绘制
        }
    }
}

通过这种方式，在不同设备上都能保持较好的绘制性能。

在Kotlin自定义View绘制性能优化中，需要从测量、布局、绘制等多个阶段入手，综合运用各种优化方法，同时结合性能分析工具，不断优化，才能打造出流畅、高效的自定义View。无论是简单的自定义View还是复杂的图形绘制，通过合理的优化，都能提升用户体验。在实际开发中，需要根据具体的需求和场景，灵活选择和组合这些优化方法，以达到最佳的性能效果。