• 導語

本次技術幹貨主要是講解PerfDog卡頓Jank定義、原理、卡頓率(Stutter)定義及影響等，内容将分為六部分，FrameTime、FPS、流暢度、Jank(卡頓次數)、卡頓率(Stutter)、影響等。從深層次分析在性能測試工作中這六部分起到的重要作用

• FrameTime
• 定義：兩幀畫面間隔耗時(也可簡單認為單幀渲染耗時)

從圖中可看出畫面中B幀在GPU渲染耗時(幀生成時間)大于顯示器刷新間隔,占用兩次顯示器刷新耗時。也就是說有一次畫面沒刷新。當出現多次沒有畫面刷新(也就是說畫面沒變化)，則可能是一次卡頓。

說明1：玩家用戶真正看到的是屏幕新畫面刷新間隔時間，而不是eglSwapbuffers-GPU渲染完成(并沒有提交屏幕顯示)間隔時間。所以後面所提到Frametime統統指的是屏幕Display-Frametime

說明2：PerfDog統計的FPS和Frametime都是用戶看到的屏幕Display新畫面真實刷新FPS和幀耗時

• FPS
• 定義(FPS：1秒内平均畫面刷新次數)
• 平均幀率(傳統常說的FPS，1秒内平均畫面刷新次數)
• 瞬時幀率(單幀耗時FrameTime算出來實時FPS，每一幀畫面刷新耗時換算出的實時幀率)

畫面渲染流程圖如下，每一幀FrameTime。

PerfDog統計幀率及FrameTime如下圖：

• 遊戲與APP區别
• 強制刷新
• DirtyRedraw機制
• 髒區重繪
• iOS
• 蘋果WDDC18年開發者大會
• FramePacing

比如下面兩個遊戲畫面,左邊的試圖以60幀運行,但實際隻能達到40幀;右邊的則持續穩定在30幀運行:

上圖左邊幀率高,反而看起來有一卡一頓的現象,這就是Micro Stuttering(微型口吃)導緻的,左邊FrameTime如下圖：

通過FrameTime可以看出，左邊高幀率FPS=40幀率中出現一次FrameTim>=117ms，理論平均FrameTime=25ms。所以非均勻渲染，雖然幀率高達40，但依然覺得非常卡。

右邊低幀率30幀運行FrameTime如下圖：

從上面FrameTime可以看出，幀率FPS=30，FrameTime均勻為33ms，畫面會非常平滑。

總結：幀率高，未必流暢。

• Android
• Android4.4
• 流暢度機制-黃油計劃(Jank)

Google Jank 計算思路：考慮視覺慣性，以硬件vsync時間間隔，連續1次vsync沒有新畫面刷新，則認為是一次卡頓，也就是說下一次vsync時間點沒有新畫面刷新，則認為是一次Jank。

• 流暢度

• 視覺慣性

視覺預期幀率，用戶潛意識裡認為下幀也應該是當前幀率刷新比如一直60幀，用戶潛意識裡認為下幀也應該是60幀率刷新一直25幀，用戶潛意識裡認為下幀也應該是25幀率刷新如果是60幀一下跳變為25幀，擾亂用戶視覺慣性。

• 電影幀

電影幀率(18-24)，一般是24幀。電影幀單幀耗時：1000ms/24=40ms。電影幀率是一個臨界點。低于這個幀率，人眼基本能感覺畫面不連續性

• PerfDog-Jank

PerfDog Jank 計算思路：考慮視覺慣性，假設以前三幀的平均幀耗時為參考，作為vsync時間間隔，連續兩次vsync沒有新渲染畫面刷新，則認為是一次潛在卡頓，也就是說下一幀耗時大于前三幀平均幀耗時2倍，則認為一次潛在卡頓。同時單幀耗時滿足大于兩倍電影幀耗時1000ms/24*2 (由于人眼低于24幀才能辨别畫面不連續性)，則認為是一次真正卡頓。同時若單幀耗時大于3倍電影幀耗時，則認為是一次嚴重卡頓。

注解：為什麼是兩次vsync？GPU一般是3緩沖buffer，當前幀已占用一個buffer，即剩餘2緩沖buffer，人眼一般可容忍2幀延遲。

為什麼是兩幀電影幀耗時？低于24幀畫面，人眼就能感知到畫面不連續性，電影一般都是24幀。即電影幀耗時1000ms/24=41.67ms，兩幀電影幀耗時也就是41.67ms*2，三幀電影幀耗時是41.67ms*3。

PerfDog Jank計算方法：

同時滿足兩條件，則認為是一次卡頓Jank.

Display FrameTime>前三幀平均耗時2倍。

Display FrameTime>兩幀電影幀耗時(1000ms/24*2=84ms)。

同時滿足兩條件，則認為是一次嚴重卡頓BigJank.

Display FrameTime >前三幀平均耗時2倍。

Display FrameTime >三幀電影幀耗時(1000ms/24*3=125ms)。

Google-Jank如圖：

PerfDog-Jank如圖：

真實測試FrameTime計算Jank，如下圖

PerfDog-Jank如圖：

備注：幀率低，并不是頓卡，如幀率都是隻有幾幀了，還有什麼頓卡而言？

目前主流遊戲對比Jank(10分鐘出現卡頓次數)如下：

PerfDog-web平台

• PerfDog-Stutter(卡頓率)

PerfDog Stutter 定義：測試過程中，卡頓時長的占比。即Stutter(卡頓率)=卡頓時長/總時長

PerfDog Stutter計算思路：基于PerfDog Jank的基礎上，一次Jank卡頓，會有一次卡頓時間Jank time。測試過程中可能有多次Jank卡頓，即有多次卡頓時間Jank time。測試總時長為Time。

Stutter(卡頓率)=∑Jank time / Time

說明：Jank為卡頓次數，Stutter為卡頓率，Jank和Stutter趨勢有一緻性，但并非完全線性，因為每次Jank卡頓嚴重性是不一樣的。同時也說明了，沒有Jank卡頓出現，自然也就卡頓率是0了。

目前主流遊戲對比如下：

• 影響
• 遊戲需要重點關注FPS、Jank、卡頓率？

遊戲流暢度是最影響用戶體驗的，所以需要重點關注FPS、Jank及卡頓率。

備注：比如遊戲中已預知的卡頓，如新UI彈出等造成卡頓，可認為是幹擾，需要剔除，不應算在Jank，可通過web雲上，框選右鍵删除幹擾數據。

• APP需要重點關注FPS、Jank及卡頓率？

APP也需要關注FPS、Jank及卡頓率。隻是需要區分使用場景，如：

1. 靜态頁面窗口

隻需關注FPS，理論FPS應該為0，否則，說明有冗餘刷新，容易引起手機發熱及耗電。

2. 有滾動動畫頁面窗口

隻需關注FPS，FPS處于合适值即可，無需高頻刷新。

3. 快速滑動頁面窗口。

需要關注FPS、Jank及卡頓率。手機交互靈敏度就是來源于此，Android系統才出黃油計劃Jank。一般滑動狀态下，幀率越高越好，Jank越小越好。

4. 播放視頻頁面窗口。

需要關注FPS、 Jank及卡頓率，視頻卡頓直接影響用戶。視頻一般幀率18-24幀，Jank=0。比如微信播放視頻、視頻播放器等。