性能测试：游戏Jank卡顿及卡顿率

文章目录

一、FrameTime

1 FrameTime 的定义

两帧画面间隔耗时(也可简单认为单帧渲染耗时)。

2 FrameTime和卡顿的关联

对于FrameTime和卡顿是否有关联？请看下图的案例图示：

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 。

从这里就得出结论 ：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 。

PerfDog工具优点： 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。所以大家可以直接通过 Frametime 来判断测试过程中是否出现卡顿。

二、FPS

1 FPS的定义

FPS： 帧率（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：

2 FPS帧率与卡顿的关系

FPS帧率与卡顿是否有关系？我们分为 Andriod 和 iOS 两个场景去进一步了解：

2.1 iOS端

苹果 WDDC 18年开发者大会

① 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。

2.2 Android端

测试系统版本：Android4.4

① 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。

三、流畅度

流畅度与卡顿的关联可以用以下的流程图来大致展示：

流畅度影响卡顿。这个可以简单的理解为视觉惯性和电影帧这两个方面：

1、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。刷新一直是25帧，用户潜意识里认为下帧也应该是25帧率。但是刷新如果是60帧一下跳变为25帧，扰乱用户视觉惯性。这个时候就会出现用户体验的卡顿感。

2、电影帧

电影帧率( 18-24 )， 一般是24帧 。电影帧单帧耗时： 1000ms/24≈41.67ms 。

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，也就是感觉到了卡顿。

四、PerfDog-Jank

1 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 。

2 PerfDog Jank计算方法

同时满足两条件，则认为是一次 卡顿Jank

① Display FrameTime

前三帧平均耗时 2倍 。

② Display FrameTime

两帧电影帧耗时 ( 1000ms/24*2≈83.33ms )。

同时满足两条件，则认为是一次 严重卡顿BigJank

① Display FrameTime

前三帧平均耗时 2倍 。

② Display FrameTim e >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如下：

五、PerfDog-Stutter(卡顿率)

1 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

2 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

3 APP和游戏到底需不需要关注Jank卡顿及卡顿率

目前主流游戏对比如下：

从前面的知识了解到 FrameTime 、 FPS 、流畅度、 Jank 和卡顿率之间的紧密联系后，就可以顺其自然得出我们的结论：

APP 和游戏到底需需要关注 Jank 卡顿及卡顿率！ 理由如下：

3.1 游戏方面

游戏流畅度是最影响用户体验的，所以需要重点关注 FPS 、 Jank 及卡顿率。

备注： 比如游戏中已预知的卡顿，如新 UI 弹出等造成卡顿，可认为是干扰，需要剔除，不应算在 Jank ，可通过web云上，框选右键删除干扰数据。

3.2 APP方面

APP 也需要关注 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， Android 系统才出黄油计划 Jank 。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。