OpenGL 效能指標

cocos2d-x 中有三個跟 OpenGL 相關的效能指標，遊戲執行時顯示在左下角；cocos2d-x 預設會顯示這些效能指標，可以手動在程式碼在開啟或關閉，C++ 專案在 AppDelegate 的 applicationDidFinishLaunching 函式中設定

Director::getInstance()->setDisplayStats(true);

lua 專案在配置檔案 config.lua 中設定

CC_SHOW_FPS = true

• FPS(Frames Per Second)
  fps 是幀率，顧名思義就是每秒繪製多少幀。幀率設定得超高，畫面重新整理得越頻繁，遊戲看起來更順暢；但這也意味著每秒要做的運算更多，更加耗 CPU 或 GPU，而且如果運算量過大的話，可能會出現卡幀。一般遊戲的幀率不會低於 30 幀，實時性要求比較高的場景可以設定成 60 幀。這個指標可以幫助我們檢視遊戲在什麼時候計算量過大，然後降低計算量或分散計算到多個幀中去。

• GL Calls
  gl call 是 opengl 渲染的次數，即每一幀呼叫 opengl 指令的次數。這個數字越小越好，優化的方向有

  1. 使用 SpriteBatchNode 來批量處理
  2. 將小圖片打包成合圖，載入到 SpriteFrameCache 中
  3. 不可見的元素設定為不可見，而不是設定透明度為 0

使用 SpriteBatchNode 是 2.x 的做法，3.0 之後官方不建議使用。這種方式要求所有 Sprite 都要先新增到 SpriteBatchNode 上，雖然能提升效率，但有很多限制，而且某些情況下反而會降低效率。比如有 Sprite 在螢幕外時，SpriteBtachNode 並不會作檢查，而是直接渲染所有的 Sprite；而直接使用 Sprite 的方式會判斷 Sprite 是否在螢幕外，如果在螢幕外則不渲染。3.0 之後直接使用 Sprite 也可批量處理，只要多個 Sprite 使用同張紋理並且使用相同的著色器和混合函式(SpriteBatchNode 也有這些要求)，所以推薦直接使用 Sprite 而不是 SpriteBatchNode。

使用 SpriteBatchNode

local batch = cc.SpriteBatchNode:create("popcap.png")
for i = 1, 10 do
    local sprite = cc.Sprite:create("popcap.png")
    batch:addChild(sprite)
end
self:addChild(batch)
batch:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))

直接使用 Sprite

for i = 1, 10 do
    self
 
._icon=cc.Sprite:create("popcap.png")
    self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
    self:addChild(self._icon)
end

兩種情況的 gl call 都是 1

把圖片事先載入到精靈幀緩衝區並不影響 gl call，只是建立精靈時會快一些而已；但把小圖片打包成合圖，再載入到精靈幀緩衝區，則可以降低 gl call。

直接使用 Sprite

for i = 1, 10 do
    self._icon=cc.Sprite:create("popcap.png")
    self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
    self:addChild(self._icon)
end

for i = 1, 10 do
    self._icon=cc.Sprite:create("popcap2.png")
    self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
    self:addChild(self._icon)
end

使用 SpriteFrameCache

local sf = sfc:getSpriteFrameByName("popcap.png")
for i = 1, 10 do
    self._icon = cc.Sprite:createWithSpriteFrame(sf)
    self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
    self:addChild(self._icon)
end

sf = sfc:getSpriteFrameByName("popcap2.png")
for i = 1, 10 do
    self._icon = cc.Sprite:createWithSpriteFrame(sf)
    self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
    self:addChild(self._icon)
end

第二種方式因為 popcap.png 和 popcap2.png 在同一個合圖裡，所以建立二十個精靈只需要繪製一次；而第一種方式 popcap.png 和 popcap2.png 是兩張不同的精靈，所以會繪製兩次。

對於螢幕外或者被隱藏的 UI，將其 visible 設為 false，這樣就不會繪製；如果設定透明度為 0，則還是會繪製。

self._icon = cc.Sprite:create("popcap.png")
self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
self._icon:setOpacity(0)
self:addChild(self._icon)

self._icon = cc.Sprite:create("popcap.png")
self._icon:setPosition(cc.p(win_size.width / 2, win_size.height / 2))
self._icon:setVisible(false)
self:addChild(self._icon)

• GL Verts
  gl verts 是指傳送給顯示卡的頂點數，這個數也是越小越好。頂點數直接與遊戲的顯示物件相關，一張矩形圖片一般繪製 6 個頂點，像上面的例子建立 10 個 Sprite 的時候頂點數是 60，建立 20 個 Sprite 的時候頂點數是 120。使用 SpriteBatchNode 或 SpriteFrameCache 都不能降低頂點數，只能實現批量渲染，減少繪製次數，但該繪製多少精靈就得繪製多少精靈，即使這些精靈使用同樣的貼圖。降低頂點數的方法是將看不見的元素設為不可見，不是設定透明度為 0，這點和 gl call 一樣，參見上面的例子執行結果。

總結

1. 不使用 SpriteBatchNode
2. 把小圖打包成合圖並載入到 SpriteFramecache
3. 不需要的元素及時從顯示列表移除
4. 看不見的元素設定 visible 為 false

整合 android-ndk-profiler

首先，從 android-ndk-profiler 上下載，直接 download zip 壓縮包或者使用 git

git clone [email protected].com:richq/android-ndk-profiler.git

下下來之後的目錄結構

|-android-ndk-profiler
    |-docs
    |-example
    |-jni
    |-test

我們要用的就是 jni 目錄下的檔案，在特定的目錄下新建一個資料夾 android-ndk-profiler，把 jni 目錄下的所有檔案拷到新建的資料夾下面。這裡說的特定的目錄是指 ndk 能搜尋到的目錄，我用的 cocos2d-x3.10，有兩種建立專案的方式，原始碼方式和預編譯庫方式，使用原始碼方式建立的專案 ndk 能搜尋到的目錄如下：

使用預編譯庫建立的專案 ndk 能搜尋到的目錄如下：

總結起來就是 \%COCOS_ROOT%； %COCOS_ROOT%/cocos； %COCOS_ROOT%/external； %COCOS_ROOT%/scripting 這四個路徑。只不過原始碼的方式會在專案的根目錄下建立一個 cocos2d-x 目錄，然後把引擎的原始碼拷貝過來，因此 ndk 搜尋的目錄基於專案路徑。而預編譯庫的方式不會拷貝任何原始碼，因此 ndk 搜尋的路徑基於引擎安裝的目錄。
把 android-ndk-profiler/jni 下面的檔案拷貝到這四個路徑之一，比如拷貝到 %COCOS_ROOT%/external/android-ndk-profiler 目錄下，然後修改 android.mk 檔案，新增下面的程式碼

APP_DEBUG := $(strip $(NDK_DEBUG))
ifeq ($(APP_DEBUG),1)
  LOCAL_CFLAGS := -pg
  LOCAL_STATIC_LIBRARIES += android-ndk-profiler
endif
ifeq ($(APP_DEBUG),1)
  $(call import-module,android-ndk-profiler)
endif

然後以 debug 方式進行編譯，編譯成功說明 android-ndk-profiler 已經成功整合到專案了。編譯方式有

預設工程的編譯方式和 ndk 的編譯方式都是 debug，所以直接使用下面命令即可

cocos compile -p android

如果不想把 android-ndk-profiler/jni 下面的檔案拷貝到這四個路徑之一，而是想放在其它地方，則要擴充套件 ndk 路徑，在 android.mk 中新增

ANDROID_NDK_PROFILER_PATH := D:/work/project/frameworks
$(call import-add-path,$(ANDROID_NDK_PROFILER_PATH))
LOCAL_C_INCLUDES += $(ANDROID_NDK_PROFILER_PATH)

這樣就可以把檔案放在 D:/work/project/frameworks 目錄下了。

接下來就是在程式碼中使用 android-ndk-profiler 了，開啟 AppDelegate.cpp，新增下面程式碼

#if (COCOS2D_DEBUG>0 && CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_ANDROID)
#include "android-ndk-profiler/prof.h"
#endif

bool AppDelegate::applicationDidFinishLaunching()
{
    //...
#if (COCOS2D_DEBUG>0 && CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_ANDROID)
    monstartup("libcocos2dlua.so");
#endif
}

void AppDelegate::applicationDidEnterBackground()
{
    //...
#if (COCOS2D_DEBUG>0 && CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_ANDROID)
    moncleanup();
#endif
}

monstartup 的引數根據具體的專案型別而定，我建立的是 lua 專案，所以是 libcocos2dlua.so，可以到 proj.android/lib/\armeabi 下檢視。

然後重新進行編譯，可能會出現下面的錯誤

jni/../../Classes/AppDelegate.cpp:82: error: undefined reference to 'monstartup'

這是因為在連結 android-ndk-profiler 庫時失敗，開啟 android.mk，新增

LOCAL_STATIC_LIBRARIES := cocos2d_lua_static
LOCAL_STATIC_LIBRARIES += cocos2d_simulator_static
# 新新增
LOCAL_STATIC_LIBRARIES += android-ndk-profiler

再重新編譯，可能會出現下面的錯誤

這是因為使用的 ndk 版本沒有 ucontext_t 這個型別，換了 ndk 版本就可以了，像我開始用的是 ndk-r10c，改用 ndk-r10e 就可以了。

還有一點要注意的，為了能正常生成報告，我們的遊戲必須有寫入檔案的許可權，開啟 AndroidMainfest.xml 檔案，看看有沒有下面這一句，如果沒有的話則加上

  <uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

解讀效能分析報告

把 android-ndk-profiler 整合在遊戲之後，在 android 手機上跑一遍遊戲，會生成一個 gmon.out 檔案，這個檔案就是我們需要的效能分析報告。預設生成的 gmon.out 的路徑為 /sdcard/gmon.out，即放在內部儲存的根目錄。如果想自定義存放位置，則在呼叫 moncleanup 之前指定存放位置

setenv("CPUPROFILE", "/data/data/com.example.application/files/gmon.out", 1);
moncleanup();

把 gmon.out 拷貝到電腦上，這是一個二進位制檔案，無法直接檢視內容，得先轉換成文字檔案。ndk 提供了專門的轉換工具

cd android-ndk-r10e/toolchains/arm-linux-androideabi-4.9/prebuilt/darwin-x86_64/bin/

./arm-linux-androideabi-gprof \
  專案路徑/proj.android/obj/local/armeabi/libcocos2dlua.so \
  存放路徑/gmon.out > gmon.txt

下面看看 gmon.txt 的內容

Flat profile:

Each sample counts as inf seconds.
  %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls  Ts/call  Ts/call  name    
  6.52       inf      inf                             __addsf3
  5.98       inf      inf                             cocos2d::MathUtilC::transformVec4(float const*, float, float, float, float, float*)
  4.89       inf      inf                             inflate_fast
  3.26       inf      inf                             __mulsf3
  2.17       inf      inf                             cocos2d::Node::processParentFlags(cocos2d::Mat4 const&, unsigned int)
  1.63       inf      inf                             cocos2d::ComponentContainer::visit(float)
  1.63       inf      inf                             cocos2d::Node::visit(cocos2d::Renderer*, cocos2d::Mat4 const&, unsigned int)
  1.36       inf      inf                             cocos2d::Renderer::fillQuads(cocos2d::QuadCommand const*)
  1.36       inf      inf                             void cocos2d::Scheduler::scheduleUpdate<cocos2d::Node>(cocos2d::Node*, int, bool)::{lambda(float)#1}::operator()(float) const
  1.36       inf      inf                             adler32
  1.09       inf      inf                             std::_Deque_iterator<cocos2d::Mat4, cocos2d::Mat4&, cocos2d::Mat4*>::operator--()
  0.82       inf      inf                             cocos2d::ui::Button::adaptRenderers()
  0.82       inf      inf                             cocos2d::Director::drawScene()
  0.82       inf      inf                             cocos2d::Renderer::drawBatchedTriangles()
  0.82       inf      inf                             cocos2d::Node::isVisitableByVisitingCamera() const


             Call graph (explanation follows)


granularity: each sample hit covers 2 byte(s) for 0.17% of 5.99 seconds

index % time    self  children    called     name
                                                 <spontaneous>
[1]     19.4    1.16    0.00                 png_read_filter_row_paeth_multibyte_pixel [1]
-----------------------------------------------
                                                 <spontaneous>
[2]     15.5    0.93    0.00                 cocos2d::Image::premultipliedAlpha() [2]
-----------------------------------------------
                                                 <spontaneous>
[3]     14.5    0.87    0.00                 cocos2d::Texture2D::convertRGBA8888ToRGBA4444(unsigned char const*, int, unsigned char*) [3]
-----------------------------------------------
                                                 <spontaneous>
[4]      7.2    0.43    0.00                 profCount [4]
-----------------------------------------------
                                                 <spontaneous>
[5]      4.0    0.24    0.00                 png_read_filter_row_up [5]
-----------------------------------------------

解釋一下含義

Flat profile:

Each sample counts as 0.01 seconds.
  %   cumulative   self              self     total
 time   seconds   seconds    calls  ms/call  ms/call  name
 函式     程式       函式       函式    函式     函式      函式名
 消耗     累計       本身       呼叫    平均     平均
 時間     執行       執行       次數    執行     執行
 佔程     時間       時間              時間     時間
 序運                                 (不      (包
 行時                                  包       括
 間的                                  括       被
 百分                                  被       調
 比                                    調       用
                                      用       時
                                      時       間)
                                      間)


           Call graph (explanation follows)


granularity: each sample hit covers 2 byte(s) for 0.17% of 5.99 seconds

index % time    self  children    called     name
 索引    函式     函式   函式的       被呼叫      函式名
 值      執行     本身   子函式        次數
        時間     執行    執行
        佔程     時間    時間
        序運
        行時
        間百
        分比