手游前端性能测试

xiaozongpeng · 发表于 2022-5-18 14:53

原文由黑子发表于TesterHome社区，点击原文链接可与作者直接交流。

导读

目前游戏行业已经呈现精品化状态，行业对测试岗位的要求也越来越高，前端性能测试仅仅是用工具测试出相关数据（自动化测试即可满足，包括自动化脚本，或者自动化录像），并告知研发，已经不能满足测试要求。所以性能测试岗同学需要具备更多硬性技能，本篇文章适合性能测试新手；分别从测试场景，测试工具，然后测试数据概念，之后到和开发、美术同学在优化中的沟通，以及最后常用的优化方法策略，逐一展开介绍。
一、测试场景

1.导读

前端性能测试，关注用户在玩游戏过程中的性能方面的体验，包括是否卡顿，是否crash，是否手机发热，是否耗电过快等，不管用户的手机是高配机，中配机器，还是很渣的低配机器，都需要关注用户性能体验（有同学问，为什么还这么关注低配机用户的感受，他们能充钱吗？游戏是一个生态，比如5%的RMB用户需要剩余95%的屌丝用户来衬托；另外游戏口碑等都需要考虑所有用户的体验等）。
2.卡顿

游戏流畅是游戏比较基本的性能指标，尤其在核心玩法的时候。从测试角度看，更多关注游戏的fps数据、卡帧率、bigjank值等
3.crash

用户不希望游戏过程中出现crash情况，测试关注crash率数据
4.发热

手机发热之后除了体感不好，另外不同的手机厂商会选择降频或者锁核，从而导致游戏卡顿。手机发热原因较多（比如运行高功耗app、在充电中、不良电池、保护壳不能散热、所处环境温度高等），这里关注的是怎么降低游戏的功耗，其实更多是怎么降低GPU和CPU的使用率
耗电过快

手机电池毫安数本身就是手机的重要指标，耗电快无疑是硬伤。
二、测试工具介绍

1.perfdog

腾讯出品的性能工具，无需root或者越狱。PerfDog支持移动平台所有应用程序（游戏、APP应用、浏览器、小程序、小游戏、H5、后台系统进程等）
安装，使用教程等参考官网详细介绍：
https://bbs.perfdog.qq.com/article-detail.html?id=5
2.UWA

针对unity和unreal引擎的游戏或者VR产品提供服务，包括资源监测（动态和静态，免费），性能诊断和优化（收费），lua性能分析，自动化测试，社区问答等
UWA GOT是UWA推出的本地性能测评工具，需要装对应sdk，无需越狱或者root。
UWA成立2015年，目前积累了不少用户和测试数据，是目前比较主流的测试工具和社区。
安装和使用，官网详细介绍：
https://uwa-public.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/uwa-got/document/UWA%20GOT%20%E4%BD%BF%E7%94%A8%E8%AF%B4%E6%98%8E.pdf
3.UPR

UPR开始于这两年（2019开始，wetest的性能之前和untiy配合，后来wetest自研了Perfdog，游戏性能移交给unity自己做了），目前UPR在积累用户中，所以是免费的，而且技术支持比较好（有什么问题反馈比较及时，甚至会现场解决），UPR的一些功能还在完善和开发中
URP分手机和桌面版，可以带sdk和不带sdk，当然，没有继承UPR sdk的测试数据会少。
安装和使用，参考官网介绍：
https://upr.unity.cn/instructions
4.其他测试工具

比如腾讯GT，网易的Emmagee，以及google的工具等等
5.自研测试工具

对应一些厂商，比如调用引擎给的接口等方法，来获取相关性能数据，来实现工具的目的。
三、测试数据概念介绍

1.内存

一般关注：
①pss内存（实际使用的物理内存）的大小（ios和andriod机器一般都是分三档机器，每档机器的pss内存标准不一样，标准数值随着硬件设备提升也在逐渐而变高）
②内存泄漏（内存泄漏后，内存越来越大，可能会因为申请分配内存越来越慢导致的卡顿，或者crash等）
③内存资源重复率：资源重复是指内存中同一时刻，存在两份或以上相同的纹理、网格、动画、音频等资源。一般是相同的一份资源被打包到多个AB包中，如果这些AB都被加载进内存，内存中就会存在多份相同的资源
2.bigjank

PerfDog计算方法：同时满足两条件，则认为是一次卡顿Jank.
1、当前帧耗时>前三帧平均耗时2倍。
2、当前帧耗时>两帧电影帧耗时(1000ms/242=84ms)。
同时满足两条件，则认为是一次严重卡顿BigJank.
1、当前帧耗时>前三帧平均耗时2倍。
2、当前帧耗时>三帧电影帧耗时(1000ms/243=125ms)。
3.FPS

帧率，标准要求比如：核心游戏场景默认要求90%数值都不低于25FPS；
流畅度

比如：核心游戏场景，默认要求卡顿率不高于2%
4.CPU

比如：综合CPU平均占用(90%)小于60%，单核CPU峰值占用（90%）小于90%
另外要关注单核CPU使用率，以及是否所有内核都在使用，以及使用是否平均等
还有CPU的曲线是相对平滑，还是锯齿严重
5.工具中常用数据

cpu：
①frameTime：同一帧的耗时
②Rendering Time：当前帧渲染耗时；drawcall越高，这部分开销越大
③ScriptTime：当前帧函数耗时
④PhysicsTime：当前帧物理耗时
内存：
代码中的内存 –Mono内存（mono内存，内存池，只增不减）；资源中的内存占用 –Native内存
①ReservedMono：一般是脚本分配的内存
②pss内存：一般用于定位多局战斗、场景跳转、打开关闭UI中是否有内存泄漏
③total_reserved内存：unity_reserved内存+GFX内存+FMOD内存+Mono内存+Profiler内存
④mono reserved：分配的mono内存（绿线部分），只升不降，需要严格控制。mono内存表示游戏中脚本分配的内存
⑤gfxdriver_reserved：表示渲染模块的内存，如果比较高需要对纹理资源和Shader进行优化。
⑥fmod_reserved：表示音频模块的内存，如果比较高需要对音频资源进行优化
⑦内存资源重复率：资源重复是指内存中同一时刻，存在两份或以上相同的纹理、网格、动画、音频等资源。一般是相同的一份资源被打包到多个AB包中，如果这些AB都被加载进内存，内存中就会存在多份相同的资源

其他数据可以参考：
https://segmentfault.com/a/1190000016342638?utm_source=tag-newest
四、研发（开发和美术）概念介绍

1.导读

在和研发同学沟通时，需要对研发上的一些概念，以及常用的优化思路，方法有所了解，可以根据问题数据，提供一些优化建议。
2.图集atlas

是通过专门的工具，将多张图片合并成一张大图，并通过 plist 等格式的文件索引的资源
NGUI强调图集，图集要规划好，否则经常会出现图集不够用等问题；UGUI弱化用户对图集的概念，在打包的时候自动生成图集。各有优缺点
目前研发团队中主要使用的则是Unity自身的 UGUI系统和Asset Store上的 NGUI插件
3.画布canvas

Canvas画布是承载所有UI元素的区域。Canvas实际上是一个游戏对象上绑定了Canvas组件。所有的UI元素都必须是Canvas的自对象。如果场景中没有画布，那么我们创建任何一个UI元素，都会自动创建画布，并且将新元素置于其下
4.Collider

碰撞体
5.网格mesh

mesh就是我们所说的三角网格。三角网格就是由一系列三角形组成的多边形网格，主要用于模拟复杂物体的表面，事实上游戏开发过程中美术给我们的人体、车辆模型都是由一个或多个三角网络(mesh)组成的。
工具：mash baker，能够有效合并网格以及网格所使用的材质，来有效减少渲染批次所带来的开销
6.纹理Texture

纹理即“纹路”，每个物体表面上不同的样子，譬如说木头的木纹状。纹理就是一段有规律、可重复的图像
7.贴图 Map

贴图是图，最简单的形式是ps之类的软件做出来的一张图，这些图在3D中用来贴到物体的表面，用来表现物体的“纹理”
最有名的是lighting map，即光照贴图，光照贴图是生成或者绘制出来，用于物体表面模拟光照效果的
8.材质Material

材质主要是用来表现物体对光的交互（反射、折射等）性质的。譬如金属对光的反射和毛毯对光的反射性质完全不一样，那么对3D程序来说，这样的差别就通过材质这个属性来计算出不同的颜色。
材质，本质是数据集：表现物体对光的交互，供渲染器读取的数据，包括贴图，纹理，光照算法等
9.着色器shader

实际上就是一小段程序，它负责将输入的Mesh（网格）以指定的方式和输入的贴图或者颜色等组合作用，然后输出，模拟真实世界中的光影效果，这个效果是由物体表面材质、灯光、观察者的视角等多种因素共同决定的
Unity中所有的渲染都使用着色器完成
10.材质球

U3D引擎中材质的预览方式为一个球体，材质球是什么样子，通常由贴图决定
纹理---贴图--->经过shader---->材质球--->材质球贴到具体的模型上，生成模型1，模型2......
11.Alpha通道

指一张图片的透明和半透明度
对于16bit存储的位图，每5个bit分别表示红黄蓝，最后一个bit是表示阿尔法通道，0或1，所以要么透明要么不透明；对于32位存储的位图，每8个bit分别表示红黄蓝，最后8位表示阿尔法通道，就有256种透明可能
12.draw call

简称DC，由CPU收集美术的资源信息，传递给GPU，通知GPU进行一次渲染过程叫DrawCall。是cpu通知gpu干活的一种命令

在每次调用Draw Call之前，CPU需要向GPU发送很多内容，包括数据，状态，命令等。在这一阶段，CPU需要完成很多工作，例如检查渲染状态等
而一旦CPU完成了这些准备工作，GPU就可以开始本次的渲染。GPU的渲染能力是很强的，渲染300个和3000个三角网格通常没有什么区别，因此渲染速度往往快于CPU提交命令的速度。如果Draw Call的数量太多，CPU就会把大量时间花费在提交Draw Call命令上，造成CPU的过载。因此造成Draw Call性能问题的元凶是CPU

提交大量很小的Draw Call会造成CPU的性能瓶颈，即CPU把时间都花费在准备Draw Call的工作上了。把很多小的Draw Call合并成一个大的Draw Call,这就是批处理的思想。
13.渲染通道pass

每个pass都会消耗一个drawcall，在满足渲染效果的情况下，尽可能减少渲染通道的数量
14.Lightmap

其实就是打了灯光的贴图，通常是对游戏场景中静态物体上，贴了一层带灯光效果的贴图
优点：省去了很大光照相关的计算，减少了性能的消耗
缺点：多了一层纹理，我们使用了灯光贴图肯定多了一层纹理。另外静态贴图无法改变灯光的方向，比如灯泡被用户打碎了，灯光效果还在，实际要干掉
15.mipmap

也是贴图。使用Mipmap后，贴图会根据摄像机距离的远近，选择使用不同精度的贴图
Mipmap技术有点类似于LOD技术，但是不同的是，LOD针对的是模型资源，而Mipmap针对的纹理贴图资源
缺点：会占用内存，因为mipmap会根据摄像机远近不同而生成对应的八个贴图，所以必然占内存！
优点：会优化显存带宽，用来减少渲染，因为可以根据实际情况，会选择适合的贴图来渲染
16.LOD

在游戏场景中，根据摄像机与模型的距离，来决定显示哪一个模型，一般距离近的时候显示高精度多细节模型，距离远的时候显示低精度低细节模型。
优点：可根据距离动态地选择渲染不同细节的模型，从而提高渲染的效率
缺点：加重美工的负担，要准备不同细节的同一模型，同样的会稍微增加游戏的容量
17.烘焙

物体表面的反光或者阴影，记录到模型里，形成新的贴图，运行的时候，显卡和CPU不需要进行对环境光效果的运算了。实际上就是lightmap的生成过程
18.面数Tris

模型上的三角形面数，对应不同类型的模型，一般有不同的标准，比如小怪多少面，精英怪多少面，boss多少面，随着游戏制作精度和硬件的提高，面数的标准也随着变多
19.bloom

Bloom放在后期特效中，是实现光线绽放，灯光溢出的效果
特效有有2个最常见的后期：Color Grading（调色）和 Bloom（泛光/辉光）
参考链接：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/76505536
20.GC

垃圾回收，一种内存管理机制（针对堆内存）
参考链接：
https://www.jianshu.com/p/db449e84a7ab
21.AssetBundle

资源打包，简称AB包，主要考虑打包策略和加载策略，比如：把需要同时加载的Asset尽量打包到同一个AB里。例如模型，其纹理和动画
参考链接：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/91926428
22.渲染技术汇总

https://blog.csdn.net/poem_qianmo/article/details/78309500
五、开发优化工具介绍

不同的项目组，有不同的优化工具，也有共用的。
1.常见的共用优化工具

Unity Profiler，Unity Memory Profiler, XCode Instrument. XCode Instrument内又包含了很多工具，其中最常用的有Time Profiler，Allocation以及Capture GPU Frame。adb命令
比如：XCode Allocation，会统计内存的分配和释放情况，从而看出是否存在内存泄漏情况（比如主城--战斗--主城，内存快照的情况下）
自研优化工具

比如：场景优化时：按照格子（比如4米*4米）获取场景内的热点数据；比如按照场景摄像机内的物件个数和物件类别的比例曲线，比如场景中，重复材质检查工具等
六、常用的优化方法策略

1.导读

①性能优化是一个长期的过程
②性能优化不但是程序部门的事情，而是需整个项目组共同配合和努力的结果，一般项目组每个部门都会有对应的专职人员
③好的优化工具至关重要
④不同的机器设备，展示的美术品质是不一样的，所以针对机型（分三档机器）有不同的优化策略
⑤每个核都充分利用，多线程渲染技术（unity5以上就开始支持了）
⑥在不同的场景，时间和空间的选择（时间换空间，还是空间换时间，CPU和GPU可以互换，CPU和内存可以互换、内存和磁盘可以互换）
⑦不必要渲染的东西不渲染（比如UI层级，不显示的UI不渲染；不在摄像机内的不渲染；遮挡减少渲染；imposter，LOD，minimap等）。不必加载的内容不加载（比如大表拆分按需加载；图集拆分按需加载等；AB包加载策略等）。能压缩的都压缩（这个好理解）
⑧性能优化不是一劳永逸的事情，是持久战；即便是已经上线多年的长线产品，性能测试也是一如既往在挖掘性能点并优化
参考：
https://segmentfault.com/a/1190000019844821?utm_source=tag-newest
2.场景优化

①关注场景的热点数据（比如按照2米一个计算范围单位），通过调整物件的位置，优化物件的资源等来优化热点问题
②添加关键遮挡物，来减少相机内的渲染量
③LOD技术的运用，或者imposter技术的运用等
④远景物件包括角色怪物等平滑渲染（多帧完成渲染）
等等（方法还有很多）
3.同屏人数优化

①同屏人主要集中的场景点，第一是要场景分离，比如拍卖行和交易地点分开，一个室内，一个室外；第二是减少对应场景的物件消耗
②计算策略优化，优先渲染离自己近的角色和场景物件
②效果优化，比如同一类型的特效到一定数量后不在渲染等
④同屏时用户角色是动态的，不停的加载和释放，做平滑处理（按帧控制渲染数目方法等）。避免瞬间加载导致的卡顿
⑤同屏战斗时，尤其国战，同角色avatar一样
⑥Imposter(伪装者，或者叫替代物)技术：（基本原理用相机把模型各个角度的图片拍下来，然后根据玩家相机的角度选取不同的图片显示）
等等（方法还有很多）
4.UI优化

比如：
①格式
②尽可能将动态UI元素和静态UI元素分离到不同的UIPanel中（UI的重建以UIPanel为单位），从而尽可能将因为变动的UI元素引起的重构控制在较小的范围内
③带通道和不带通道图集，尽量分开
④同一个UI界面或者同一个功能点的ui资源放在一个图集，可以减少drawcall
等等（方法还有很多）
参考：
https://www.cnblogs.com/wetest/p/6147011.html
5.GC优化

GC的时候会占用大量计算资源，如果GC之后发现内存依然不够用，需要再次分配（unity非官方数据一次大概6MB），那么就更耗资源了。GC优化一般有：
①对象池技术---重复使用对象（比如子弹，需要频繁的生成和销毁）
②减少内存垃圾的数量（比如：不要在频繁调用的函数中反复进行堆内存分配，后者使用缓存技术）
③减缓GC的时间，不要在关键时候GC操作；在非敏感期主动gc
④其他技术手段，比如装箱，list，字符串等导致GC的解决方案
等等（方法还有很多）
参考：
https://www.cnblogs.com/u3ddjw/p/8624438.html
6.内存优化

内存性能原因主要有这几点：内存碎片过多（内存池解决）、内存频繁创建销毁（对象池解决）、内存加载慢、内存占用过高。
①资源（贴图，模型，动画，声音等）有损压缩，每种资源都有最优的压缩方式和格式等。
②脚本和配置，及时卸载，以及拆分等
③第三方shader库，冗余预编译宏占用
④AB包打包策略和加载策略，都会影响内存占用。AB自动打包工具（公共包合并，AB包要在10MB内），游戏类型逻辑强关联打包模式，比如moba，把一个英雄的所有资源打到一个包里。
比如：
第三方库内存占用，延时加载和模块隔离方法（第三方库内存泄漏，或者占用过大，方便处理）
比如技能表，常驻优化方案
去掉内存中同时存在的相同资源（比如特效资源）

Unity资源内存优化，资源内存占用排行榜(优化性价比)：贴图>动画>网格>音频>材质
一、贴图优化
1.降低分辨率
2.拆分透明通道
3.调整压缩格式（比如带阿尔法通道的贴图拆分2两张，分别压缩；格式转换大概是原来1/4的内存）
4.禁用Mipmap
5.启用Use Crunch Compression
1张512*512位图，安卓：RGBA ETC2（带通道）占用256KB，RGB ETC2（不带通道）占用128KB内存；在iOS:RGBA PVRTC（带通道）和RGB PVRTC都占用128KB内存
二、动画优化
1.减小动画长度
2.减少骨骼数量
3.减少关键帧密度
4.减少动画精度
三、网格优化
1.减少顶点
2.开启Optimize Mesh选项
四、音频优化
建议较长的音频使用.mp3或.ogg格式，较短的音频使用.wav 或.aiff格式
7.CPU优化

方法：
微观方法：从每一帧中发现问题（主要方法）
宏观方法：从统计中发现问题，比如一局战斗，每个模块和函数的耗时和调用次数统计，也方便不同版本的对比（工具或者日志来统计）
分类：
①GC，GCAlloc耗时
②渲染耗时（合并批处理，减少drawcall：比如使用动、静态批处理，GPU Instance技术）
③逻辑耗时（比如循环查找，比如大量服务器消息集中处理等）
④其他引擎消耗（动画，物理）
参考：
https://gameinstitute.qq.com/community/detail/120536
8.GPU优化

GPU的计算目前看，大部分还是能胜任，设置错错有余的。所有在CPU优化方案里，有一部分就是把CPU做的事情，让GPU做。
GPU优化思路：
①减少渲染批次
②同一个drawcall里，减少渲染类型
③平滑渲染
9.细节点

①模型尽量不要做成多个物体挂点组合的方式，如果多个物体用到不一样的材质，那额外产生的DC可是很酸爽的
②如果模型是带动作的话,模型的顶点数和骨骼数也是模型动作制作时的重要标准。
③图片占用内存的大小与图片大小、颜色深度、图片格式有关，与美术是否对图片资源进行压缩无关（android用ETC1，ios用pvrtc，不带alpha通道图片可以用jpg）
10.性能监控

①内部监控（上传资源时性能监控，和版本测试时，性能监控；从而及时发现问题）
②外网性能监控，比如wetest APM监控系统。
12.耗电相关

工具：比如google的Battery Historian
优化思路：
①计算优化。算法、for循环优化、Switch..case替代if..else、避开浮点运算
②避免 Wake Lock 使用不当
③使用 Job Scheduler 管理后台任务
④降低亮度等
七、总结

手游性能测试的核心竞争力，更多是设计合理的测试用例，在测试完毕后分析数据，并根据问题数据提供合理化的优化建议；从而给研发团队提供高效服务，体现价值。

原文由黑子发表于TesterHome社区，点击原文链接可与作者直接交流。

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