APP页面掉帧卡顿原因及Perfdog性能测试之FPS

最近在做APP性能专项测试，视频剪辑过程中出现多次卡顿掉帧的问题，为了更好地了解出现掉帧卡顿的原因，去查阅了资料并记录下该文章

了解卡顿原因之前，先了解下视图渲染过程如下图：

1、CPU计算显示的内容（如文本绘制，UI布局计算，视图创建，解码等等），然后把计算好的内容提交给GPU

2、GPU 渲染（变换，图层合成，纹理渲染等）完成后，将渲染结果放入帧缓冲区

3、视频控制器会按照 VSync 信号逐行读取帧缓冲区的数据，经过可能的数模转换传递给显示器显示

备注：
1、显示器上的所有图像都是一线一线的扫描上去的（从左到右，从上到下刷新），如下图：

3、水平同步可能会出现画面撕裂的现象（如下图）。因为画面的渲染不是整个画面一起渲染的，是逐行逐列渲染。如果没有开启垂直同步，设备配置不够，则画面在高速移动中会出现一行还没刷新完成就出现下一行，进而出现撕裂情况

4、垂直同步就是为了解决画面撕裂的问题，当开启垂直同步后，GPU 会等待显示器的 VSync 信号发出后，才进行新的一帧渲染和缓冲区更新。这样能解决画面撕裂现象，也增加了画面流畅度，但需要消费更多的计算资源，也会带来部分延迟。

5、目前，iOS设备使用双缓存，并开启垂直同步，Android是三缓存，并开启垂直同步（缓存之间怎么切换的呢？？？）

首先，先了解下基础的知识：假定设备的刷新率是60HZ，如果页面的滑动流畅率为60fps，也就是一秒更新60张，人眼上看就是流畅的效果，也就是每隔167ms（1/60）就要产生一帧的画面，即：每隔167ms发出V-SYNC信号，触发对UI进行渲染，这一帧的画面需要由CPU和GPU共同协同完成显示（详见上面的视图渲染过程）

卡顿掉帧原因：
如果在一个 VSync 时间内，CPU花费的时间比较长，留给GPU的时间就比较少，GPU+CPU总时间就可能超过167ms，下一帧到来前，没准备好当下帧的画面，这时候显示器还是显示上一帧的画面，就出现掉帧，就出现滑动卡顿；
同理，如果GPU花费的时间比较长，总时长也可能超过167ms
所以，CPU 和 GPU 不论哪个阻碍了显示流程，都会造成掉帧现象

经过上面的分析，为了优化掉帧卡顿问题，我们就需要对CPU和GPU的处理过程进行优化

先讲下以下的几个参数：

Frames Per Second；应用界面平均每秒刷新次数，

Jank ：1s内卡顿次数
BigJank :1s内严重卡顿次数
PerfDog Jank计算方法：
1 同时满足以下两条件，则认为是一次卡顿 Jank
a) 当前帧耗时>前三帧平均耗时2倍。
b) 当前帧耗时>两帧帧耗时(1000ms/24 2=84ms)。
2 同时满足两条件，则认为是一次严重卡顿 BigJank
a) 当前帧耗时>前三帧平均耗时2倍。
b) 当前帧耗时>三帧帧耗时(1000ms/24 3=125ms)。

测试过程中，卡顿时长的占比。即Stutter(卡顿率)=卡顿时长/总时长
卡顿时长计算：基于Jank的基础上，一次Jank卡顿，会有一次卡顿时间Jank time。测试过程中可能有多次Jank卡顿，即有多次卡顿时间Jank time。卡顿时长即为多次卡顿时间的和

上下帧画面显示时间间隔，也可简单认为单帧渲染耗时
Avg(FTime):平均帧耗时

1、流畅度不等于FPS，需要多维度衡量，考虑FPS，Jank，Stutter
2、APP需要关注FPS、Jank及卡顿率。只是需要区分使用场景，如：
（1）、静态页面窗口
只需关注FPS，理论FPS应该为0，否则，说明有冗余刷新，容易引起手机发热及耗电。
（2） 有滚动动画页面窗口
只需关注FPS，FPS处于合适值即可，无需高频刷新。
（3）快速滑动页面窗口。
需要关注FPS、Jank及卡顿率。手机交互灵敏度就是来源于此，一般滑动状态下，帧率越高越好，Jank越小越好。
（4） 播放视频页面窗口。
需要关注FPS、Jank及卡顿率，视频卡顿直接影响用户。视频一般帧率18-24帧，Jank=0。比如微信播放视频、视频播放器等。

一、测试方式不同

1、app测试：指对移动应用进行测试，包括自动化测试和人工测试等。

2、Web测试:软件测试的一部分，是Web应用程序测试的一种类型。

二、测试内容不同

1、App测试:模拟用户动作，在黑箱中测试应用，使用Cucumber作为自然语言编写测试用例。还记录了应用程序测试 *** 作，以帮助开发人员审查他们的测试。

2、Web测试:包括内容测试、界面测试、功能测试、性能测试、兼容性测试、安全性测试等。

三、特点不同

1、应用程序测试:您可以添加一个预测试会话来确认环境已经准备好进行测试，您还可以知道哪些错误是由不稳定的环境引起的，哪些是常见的测试用例错误。

2、Web测试:测试可以检测浏览器端和服务器端应用程序中尽可能多的错误，并及时纠正它们，以确保应用程序的质量。

APP的兼容测试主要就是测试APP的安装、启动、运行、卸载测试，以及安装时间 、启动时间、CPU占用、内存占用、流量耗用、电量耗用等性能上的测试。根据 爱内测的介绍，平台兼容性测试主要通过由后台控制器INT服务器连接各手机， 当收到测试请求时，会根据申请机型自动将APK传送给对应的机型，自动安装运 行，卸载，并通过Monkey、UIT自动深度检测UI等测试。

OneAPM Mobile Insight 可以测试 IOS App 性能 Mobile Insight
不过是真实用户的性能数据，需要集成到App 中，目前公司只在做app接口的性能测试。
Xcode自带的工具instrument可以，也可以试试oneAPM。

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