Android系统开发（十五）：从 60Hz 到 120Hz，多刷新率进化简史

引言

欢迎来到“帧率探索实验室”！今天，我们要聊聊 Android 11 中对多种刷新率设备的支持。你可能会问：“这和我写代码有什么关系？”别急，高刷新率不仅仅让屏幕更顺滑，还会直接影响用户体验。想象一下，当你的 app 在 120Hz 上流畅飞舞，而别人的 app 却“卡”在 60Hz，是不是就已经赢了？本文将带你深挖多刷新率支持背后的硬核技术，帮助你的 app 成为用户的心头好。不多说了，先刷个屏，再来深入了解 Hz 的奥秘！

---

一、背景

自从手机厂商开始推出高刷新率设备，用户对“流畅体验”的期待不断提升。然而，高刷新率不仅仅是硬件层面的事，系统与应用也需要配合优化。Android 11 正是在这一背景下增加了对多种刷新率的支持。这项技术的核心，是通过 HAL（Hardware Abstraction Layer）、平台代码和全新的 SDK/NDK API，将设备能力和应用需求完美结合。想象一下，从 60Hz 到 90Hz，再到 120Hz，你的 app 瞬间“飞”起来，而用户的惊叹声便是对你努力的最好回报！

---

二、原理

多刷新率支持的核心，是如何让设备和应用协同工作，以实现动态调整帧率。

1. HAL API：定义了设备硬件的能力接口。Android 11 中新增的 android.hardware.graphics.composer@2.4，负责管理设备支持的刷新率范围。
2. 平台代码：系统解析设备配置文件，读取支持的刷新率选项，并为开发者提供设置接口。
3. SDK 和 NDK API：通过 Java 或 C++ 调用，开发者可以指定应用的目标帧率。例如，游戏可以设置 120Hz，而视频播放可能限制在 60Hz。

这些组件协作，实现了设备硬件能力与应用实际需求的无缝对接。

---

三、实现

工具和环境

• Android Studio 4.0 或更高版本
• 支持多刷新率的 Android 11 设备
• 必备工具：ADB 调试工具

步骤详解

1. 读取设备支持的刷新率

   Display display = getDisplay();
   Display.Mode[] modes = display.getSupportedModes();
   for (Display.Mode mode : modes) {Log.d("RefreshRate", "Mode: " + mode.getRefreshRate() + " Hz");
   }
   

2. 设置目标帧率
   使用 Surface.setFrameRate() API 设置帧率：

   Surface surface = getSurface();
   surface.setFrameRate(120.0f, Surface.FRAME_RATE_COMPATIBILITY_DEFAULT);
   

3. 配置设备支持刷新率
   在 res/xml/device_config.xml 中定义设备支持的刷新率范围：

   <device><refresh-rate><min>60</min><max>120</max></refresh-rate>
   </device>
   

---

四、项目实战：高刷新率

在多刷新率支持的开发中，我们将通过三个实际案例展示如何实现动态刷新率设置。每个案例不仅包含详细实现步骤，还会提供代码示例，让你可以直接在项目中运行。

---

案例 1：高刷新率游戏开发

需求描述

为一款 FPS 游戏设置目标帧率为 120Hz，以提高用户的游戏体验，减少画面延迟感，确保高流畅度。

实现步骤

1. 检查设备支持的刷新率
   在游戏初始化时，读取设备支持的刷新率范围，确保目标帧率可以被支持。

   Display display = getWindowManager().getDefaultDisplay();
   Display.Mode[] modes = display.getSupportedModes();
   for (Display.Mode mode : modes) {Log.d("GameRefreshRate", "Supported Refresh Rate: " + mode.getRefreshRate() + " Hz");
   }
   

2. 设置高刷新率
   在游戏的主要渲染窗口（SurfaceView 或 SurfaceHolder）中，调用 Surface.setFrameRate()，指定目标刷新率为 120Hz。

   Surface surface = surfaceView.getHolder().getSurface();
   surface.setFrameRate(120.0f, Surface.FRAME_RATE_COMPATIBILITY_DEFAULT);
   

3. 优化渲染逻辑
   使用 Choreographer 实现高帧率下的精准帧同步。

   Choreographer.getInstance().postFrameCallback(new Choreographer.FrameCallback() {@Overridepublic void doFrame(long frameTimeNanos) {renderFrame(); // 渲染游戏帧Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this);}
   });
   

最终效果

运行在支持 120Hz 刷新率设备上的游戏画面更流畅，用户操作响应更加快速，显著提升了用户体验。

---

案例 2：高效视频播放器开发

需求描述

在一个视频播放器中，根据视频帧率动态调整设备的刷新率，以确保流畅播放，并避免额外的功耗。例如，为 30fps 视频设置 60Hz 刷新率，为 60fps 视频设置 120Hz 刷新率。

实现步骤

1. 获取视频帧率
   在播放器初始化时，解析视频文件，获取其原始帧率。

   MediaExtractor extractor = new MediaExtractor();
   extractor.setDataSource(videoPath);
   MediaFormat format = extractor.getTrackFormat(0);
   int frameRate = format.getInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE);
   Log.d("VideoPlayer", "Video Frame Rate: " + frameRate);
   

2. 动态调整刷新率
   根据帧率，调用 Surface.setFrameRate() 设置设备刷新率。

   float targetRefreshRate = frameRate > 60 ? 120.0f : 60.0f;
   surface.setFrameRate(targetRefreshRate, Surface.FRAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE);
   

3. 同步播放帧率
   使用 ExoPlayer 的帧回调功能，与设备刷新率同步。

   player.setVideoFrameMetadataListener((presentationTimeUs, releaseTimeNs, format) -> {surface.setFrameRate(format.frameRate, Surface.FRAME_RATE_COMPATIBILITY_DEFAULT);
   });
   

最终效果

视频播放始终匹配设备刷新率，避免因刷新率差异导致的卡顿或撕裂现象，同时节省电量。

---

案例 3：动态刷新率切换应用

需求描述

开发一个动态切换刷新率的工具应用，用户可以通过界面选择不同的目标刷新率，并实时应用到设备屏幕。

实现步骤

1. 设计 UI 界面
   提供一个下拉菜单，显示设备支持的所有刷新率选项。

   <Spinnerandroid:id="@+id/spinner_refresh_rate"android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content"android:entries="@array/refresh_rates" />
   

2. 获取支持的刷新率
   在 Activity 初始化时，读取设备支持的刷新率，并填充到下拉菜单中。

   Display display = getWindowManager().getDefaultDisplay();
   Display.Mode[] modes = display.getSupportedModes();
   ArrayList<String> refreshRates = new ArrayList<>();
   for (Display.Mode mode : modes) {refreshRates.add(mode.getRefreshRate() + " Hz");
   }
   ArrayAdapter<String> adapter = new ArrayAdapter<>(this, android.R.layout.simple_spinner_item, refreshRates);
   spinner.setAdapter(adapter);
   

3. 实现动态切换逻辑
   根据用户选择，动态应用刷新率。

   spinner.setOnItemSelectedListener(new AdapterView.OnItemSelectedListener() {@Overridepublic void onItemSelected(AdapterView<?> parent, View view, int position, long id) {Display.Mode mode = modes[position];Window window = getWindow();window.setPreferredRefreshRate(mode.getRefreshRate());}@Overridepublic void onNothingSelected(AdapterView<?> parent) {}
   });
   

4. 适配不同设备
   检查设备是否支持动态刷新率切换，确保应用在低版本设备上可以正常运行。

   if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.R) {// 支持 Android 11 以上的设备动态刷新率切换
   } else {Log.w("RefreshRateApp", "Dynamic refresh rate not supported on this device.");
   }
   

最终效果

用户可以通过界面实时切换刷新率，应用直接调整屏幕刷新率，感受到流畅与动态切换的便利。

---

归纳

这些项目展示了多刷新率支持的不同应用场景，包括高帧率游戏、流畅视频播放器和动态刷新率工具。每个案例都提供了详细的代码与实现步骤，可以直接用于实践或改进开发效率。

五、避坑

1. 设备支持问题：并非所有设备都支持高刷新率，需检查兼容性。
2. 耗电问题：高刷新率耗电量增加，需平衡性能与功耗。
3. API 调用失败：确保使用了 Android 11 或更高版本的 API。

---

六、快稳省

优点

• 极大提升用户体验。
• 提供灵活的帧率设置接口，满足不同场景需求。

缺点

• 增加开发复杂度。
• 不支持低版本设备。

---

七、性能

使用 GPU Profiler 监测高刷新率下的应用性能，评估帧率与资源消耗的平衡点。

---

八、未来

未来，Android 系统或将支持更智能的动态帧率调整，结合 AI 技术预测用户操作，进一步优化资源分配。

本文从技术背景、实现原理到项目实战，为你详细解析了 Android 11 多刷新率支持。希望通过这些技术，让你的应用体验更上一层楼！

---

九、开发者选项

设置菜单中新增了一个开发者选项，它可以使用当前刷新率在屏幕上切换叠加层。新选项位于设置 > 系统 > 开发者选项 > 显示刷新频率下。

十、参考资料

以下是撰写本文时参考的技术资源，涵盖书籍、论文、官方网站和博客，帮助读者进一步深入理解多刷新率支持的实现与优化。

---

官方文档

1. Android Developers Documentation

   • 官方多刷新率支持文档
     Android 官方提供的多刷新率支持指南，详细介绍了功能组成、API 使用方法和平台支持。

2. Surface API Reference

   • Surface.setFrameRate
     提供 Surface 类的完整 API 说明，包含帧率设置和兼容性选项。

3. NDK Documentation

   • NDK API for Refresh Rate
     介绍了通过 NDK 实现刷新率动态调整的相关工具和方法。

---

书籍

1. 《Android 高级编程》
   作者：[Joseph Annuzzi Jr., Lauren Darcey, Shane Conder]
   讲解 Android 开发高级特性，包括硬件抽象层和系统架构，适合了解多刷新率支持的底层实现。

2. 《Android 深入理解与实战》
   作者：邓凡平
   提供 Android 系统机制与应用开发的深入剖析，是学习 Android 系统级开发的好工具书。

3. 《Graphics Programming Black Book》
   作者：Michael Abrash
   虽然主要针对图形编程基础，但对优化刷新率和性能调优有很大的启发。

---

论文

1. “Variable Refresh Rate Displays and Their Impact on Visual Performance”
   描述多刷新率技术在视觉效果和用户体验中的重要性，涵盖了刷新率动态调整的研究数据。

2. “Adaptive Refresh Rate Mechanisms in Modern Display Technologies”
   探讨了现代显示技术中自适应刷新率机制的设计与实现。

---

技术博客

1. Android Developers Blog: New Features in Android 11
   Android 官方博客详细介绍了 Android 11 的新特性，包括多刷新率支持。

2. Medium: Implementing High Refresh Rates in Android Apps
   技术博主在实际项目中如何实现动态刷新率设置的案例分享。

3. CSDN: 动态刷新率实现的坑与优化
   提供在实际开发过程中遇到的问题及解决方案。

---

社区资源

1. Stack Overflow

   • Handling Variable Refresh Rates
     解答开发者在多刷新率开发中常见的问题，拥有丰富的社区实践经验。

2. GitHub

   • 示例代码仓库：Dynamic Refresh Rate Demo
     提供完整的多刷新率实现样例代码，可直接下载学习。

---

工具与环境

1. Android Studio Arctic Fox 或更高版本
   支持 Android 11 开发的 IDE。

2. 设备

   • 测试设备需支持多刷新率，如 Pixel 5、Samsung Galaxy S 系列等。

3. 工具

   • adb shell：用于调试和检查设备支持的刷新率。
   • Choreographer：实现帧同步的重要工具。

---

这些参考资料涵盖了理论知识、实践经验和代码示例，帮助开发者全面掌握多刷新率技术的实现与优化。如果你有更多推荐或想法，欢迎在评论区留言交流！ 😊

文章结尾

欢迎关注我们的 GongZhongHao：码农的乌托邦，程序员的精神家园！获取更多技术干货，我们一起提升代码水平！