超过最大 FPS

Question

我正在尝试计算程序的 FPS。虽然给定的最大 FPS 正在超限，但我无法解释原因。我在 MAX_FPS 设置为 60 的情况下对其进行了测试，我总是显示大约 63。

{...}
int frameCount = 0;
long time = System.currentTimeMillis();
while(running) {
    try {
        {...} // do something
        Thread.sleep(1000 / MAX_FPS);
        frameCount++;
        if (System.currentTimeMillis() - time >= 1000) {
            {...} // display FPS w/ frameCount
            frameCount = 0;
            time = System.currentTimeMillis();
        }
    } catch (InterruptedException ex) {
        System.err.println(ex.toString());
    }
}
{...}

Answer 1

1000 / 60 在整数数学中是 16，而 1000 / 16 大约是 62.5。假设线程确实休眠了将近 16 毫秒（可能少一点），并且如果您的循环不会花费那么长时间来执行迭代，并且如果倒数第二帧在 999 毫秒时通过允许另一个更新潜入, 那么循环可以达到每秒 63 次迭代是有道理的。

Answer 2

您可能想改用 System.nanoTime()。不是为了任何额外的精度，而是因为它是一种更正确的测量经过时间的方法。请参阅 Kevin Bourillion 对 How do I measure time elapsed in Java? 的回答。

Answer 3

根据 NESPowerGlove 的回答，您在达到目标 FPS 时遇到的问题是您必须选择一个整数值来调用 Thread.sleep() - 如果您选择 16，你会得到大约 63fps；如果您选择 17，您将获得大约 58fps。

对此我能想到两种解决方案：

实施某种负反馈回路来控制 FPS。例如，我发现下面的PI（比例+积分）控制器保持FPS在60左右：

final long sleepTime = (long) (1000.0 / TARGET_FPS);

System.out.println("Sleep time is " + sleepTime);
long time = System.nanoTime();
long delta = 0;
double cumulativeFpsError = 0.0;
for (int frameCount = 0; true; ++frameCount) {
  Thread.sleep((long) (sleepTime + delta));
  long elapsed = System.nanoTime() - time;
  if (elapsed >= 1_000_000_000) {
    double fps = (double) frameCount / elapsed * 1e9;
    System.out.println(fps);

    cumulativeFpsError += (fps - 60);
    delta += (fps - TARGET_FPS) * 0.55 + 0.14 * cumulativeFpsError;
    frameCount = 0;
    time += elapsed;
  }
}

0.55和0.14的值是通过反复试验找到的。可能有更好的值（但至少它看起来大致稳定）。 fps 输出：

61.08042479827653
61.817816897275485
58.42717726642977
62.0654826347193
58.43759367657694
62.07263954479402
58.444556146850026
62.05489635777375
58.4438970272065
62.05784933619571
58.45590905841833
62.069491426232766
58.44381852435569
62.07438904528996
...

实际上，积分项根本没有太大作用 - 大概是因为睡眠值只能以大小 1 的步长变化。

使用不同的方法来获得更精确的睡眠时间。例如，How to suspend a java thread for a small period of time, like 100 nanoseconds? 提出了一些替代方案，例如轮询 System.nanoTime() 直到超过某个截止日期。例如

long time = System.nanoTime();
for (int frameCount = 0; true; ++frameCount) {
  long end = System.nanoTime() + (long) (1_000_000_000.0 / TARGET_FPS);
  while (System.nanoTime() < end);
  long elapsed = System.nanoTime() - time;
  if (elapsed >= 1_000_000_000) {
    double fps = (double) frameCount / elapsed * 1e9;
    System.out.println(fps);

    frameCount = 0;
    time = System.nanoTime();
  }
}

这似乎效果更好，FPS 徘徊在 60 以下：

58.99961555850502
59.99966304189236
59.99942898543434
59.99968068169941
59.99968770162551
59.99919595077507
59.99945862488483
59.999679241714766
59.99753134157542
59.99963898217224
59.999265728986
...

这样做的缺点可能是 while 循环会很热。

当然，您可以采用某种混合方法，对大部分等待使用 Thread.sleep，然后使用热 while 循环来获得更精确的延迟。

超过最大 FPS

Maximum FPS is exceeded

java

frame-rate