APP&游戏PerfDog卡顿Jank定义、原理、卡顿率(Stutter)定义及影响

• 导语

本次技术干货主要是讲解PerfDog卡顿Jank定义、原理、卡顿率(Stutter)定义及影响等，内容将分为六部分，FrameTime、FPS、流畅度、Jank(卡顿次数)、卡顿率(Stutter)、影响等。从深层次分析在性能测试工作中这六部分起到的重要作用

• FrameTime
• 定义：两帧画面间隔耗时(也可简单认为单帧渲染耗时)

从图中可看出画面中B帧在GPU渲染耗时(帧生成时间)大于显示器刷新间隔,占用两次显示器刷新耗时。也就是说有一次画面没刷新。当出现多次没有画面刷新(也就是说画面没变化)，则可能是一次卡顿。

说明1：玩家用户真正看到的是屏幕新画面刷新间隔时间，而不是eglSwapbuffers-GPU渲染完成(并未有提交屏幕显示)间隔时间。所以后面所提到Frametime统统指的是屏幕Display-Frametime

说明2：PerfDog统计的FPS和Frametime都是用户看到的屏幕Display新画面真实刷新FPS和帧耗时

• FPS
• 定义(FPS：1秒内平均画面刷新次数)
• 平均帧率(传统常说的FPS，1秒内平均画面刷新次数)
• 瞬时帧率(单帧耗时FrameTime算出来实时FPS，每一帧画面刷新耗时换算出的实时帧率)

画面渲染流程图如下，每一帧FrameTime。

PerfDog统计帧率及FrameTime如下图：

• 游戏与APP区别
• 强制刷新
• DirtyRedraw机制
• 脏区重绘
• iOS
• 苹果WDDC18年开发者大会
• FramePacing

比如下面两个游戏画面,左边的试图以60帧运行,但实际只能达到40帧;右边的则持续稳定在30帧运行:

上图左边帧率高,反而看起来有一卡一顿的现象,这就是Micro Stuttering(微型口吃)导致的,左边FrameTime如下图：

通过FrameTime可以看出，左边高帧率FPS=40帧率中出现一次FrameTim>=117ms，理论平均FrameTime=25ms。所以非均匀渲染，虽然帧率高达40，但依然觉得非常卡。

右边低帧率30帧运行FrameTime如下图：

从上面FrameTime可以看出，帧率FPS=30，FrameTime均匀为33ms，画面会非常平滑。

总结：帧率高，未必流畅。

• Android
• Android4.4
• 流畅度机制-黄油计划(Jank)

Google Jank 计算思路：考虑视觉惯性，以硬件vsync时间间隔，连续1次vsync没有新画面刷新，则认为是一次卡顿，也就是说下一次vsync时间点没有新画面刷新，则认为是一次Jank。

• 流畅度

• 视觉惯性

视觉预期帧率，用户潜意识里认为下帧也应该是当前帧率刷新比如一直60帧，用户潜意识里认为下帧也应该是60帧率刷新一直25帧，用户潜意识里认为下帧也应该是25帧率刷新如果是60帧一下跳变为25帧，扰乱用户视觉惯性。

• 电影帧

电影帧率(18-24)，一般是24帧。电影帧单帧耗时：1000ms/24=40ms。电影帧率是一个临界点。低于这个帧率，人眼基本能感觉画面不连续性

• PerfDog-Jank

PerfDog Jank 计算思路：考虑视觉惯性，假设以前三帧的平均帧耗时为参考，作为vsync时间间隔，连续两次vsync没有新渲染画面刷新，则认为是一次潜在卡顿，也就是说下一帧耗时大于前三帧平均帧耗时2倍，则认为一次潜在卡顿。同时单帧耗时满足大于两倍电影帧耗时1000ms/24*2 (由于人眼低于24帧才能辨别画面不连续性)，则认为是一次真正卡顿。同时若单帧耗时大于3倍电影帧耗时，则认为是一次严重卡顿。

注解：为什么是两次vsync？GPU一般是3重缓冲buffer，当前帧已占用一个buffer，即剩余2缓冲buffer，人眼一般可容忍2帧延迟。

为什么是两帧电影帧耗时？低于24帧画面，人眼就能感知到画面不连续性，电影一般都是24帧。即电影帧耗时1000ms/24=41.67ms，两帧电影帧耗时也就是41.67ms*2，三帧电影帧耗时是41.67ms*3。

PerfDog Jank计算方法：

同时满足两条件，则认为是一次卡顿Jank.

Display FrameTime>前三帧平均耗时2倍。

Display FrameTime>两帧电影帧耗时(1000ms/24*2=84ms)。

同时满足两条件，则认为是一次严重卡顿BigJank.

Display FrameTime >前三帧平均耗时2倍。

Display FrameTime >三帧电影帧耗时(1000ms/24*3=125ms)。

Google-Jank如图：

PerfDog-Jank如图：

真实测试FrameTime计算Jank，如下图

PerfDog-Jank如图：

备注：帧率低，并不是顿卡，如帧率都是只有几帧了，还有什么顿卡而言？

目前主流游戏对比Jank(10分钟出现卡顿次数)如下：

PerfDog-web平台

• PerfDog-Stutter(卡顿率)

PerfDog Stutter 定义：测试过程中，卡顿时长的占比。即Stutter(卡顿率)=卡顿时长/总时长

PerfDog Stutter计算思路：基于PerfDog 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。测试总时长为Time。

Stutter(卡顿率)=∑Jank time / Time

说明：Jank为卡顿次数，Stutter为卡顿率，Jank和Stutter趋势有一致性，但并非完全线性，因为每次Jank卡顿严重性是不一样的。同时也说明了，没有Jank卡顿出现，自然也就卡顿率是0了。

目前主流游戏对比如下：