背景与需求
在 Windows 应用开发中，GDI+ 曾长期被用作绘图的主要工具。然而，随着现代应用对性能和跨平台支持需求的提升，SkiaSharp 作为基于 Skia 的高效 2D 图形库，逐渐受到欢迎。本文从核心原理、架构设计、性能测试等多个维度，全面对比 SkiaSharp 和 GDI+，并通过一个高性能场景的真实数据分析得出结论。
核心原理对比
1. GDI+ 原理
GDI+ 是 Windows 平台的绘图 API，属于设备无关图形 (DIB) 模型，主要特点是：
- 完全依赖 CPU 计算：GDI+ 的所有操作都在 CPU 上完成，缺乏对现代 GPU 的支持。
- 每次绘制即刻呈现：GDI+ 直接将绘制结果传递到设备上下文 (Device Context)，没有复杂的渲染流水线。
- 支持简单的 2D 绘图：如线条、文本、图像等基本操作。
- 单线程限制：GDI+ 绘图通常运行在 UI 线程，不适合并行绘制。
缺点：
- 缺少硬件加速，复杂场景性能较差。
- 仅支持 Windows，不具备跨平台能力。
2. SkiaSharp 原理
SkiaSharp 是 Google 开源的 Skia 图形库的 .NET 封装，提供跨平台的高性能 2D 图形 API，主要特点包括：
- 硬件加速：通过 OpenGL、Vulkan、Metal 等后端与 GPU 协作，大幅提升性能。
- 批量绘制优化：Skia 将多个绘图命令合并，通过 GPU 渲染流水线一次性完成绘制。
- 跨平台支持：可在 Windows、Linux、macOS 和移动端使用。
- 线程支持：支持并行渲染，可从非 UI 线程更新绘图。
优势：
- 高帧率绘图和复杂动画场景性能卓越。
- 丰富的绘图特性，例如抗锯齿、渐变、遮罩等。
3. 对比分析
| 特性 | SkiaSharp | GDI+ |
|---|---|---|
| 跨平台支持 | 支持（Windows, macOS, Linux, iOS, Android） | 仅支持 Windows |
| 性能 | 高性能，支持硬件加速 | 中等，依赖 CPU 绘图，无硬件加速支持 |
| 抗锯齿效果 | 默认启用，效果出色 | 可配置，但效果和性能略逊 |
| 实现复杂度 | 需要学习 SkiaSharp API | 较简单，直接调用 .NET 的 GDI+ API |
| 动态更新流畅性 | 流畅，适合高帧率场景 | 可能会出现轻微卡顿，需启用双缓冲优化 |
| 开发生态 | 活跃，持续更新，支持现代图形特性 | 停滞，无新特性支持 |
| 适用场景 | 游戏、数据可视化、跨平台图形应用 | Windows 特定应用，低频绘图 |
示例场景：粒子系统动画
为了验证两者在复杂场景下的性能差异，选择粒子系统动画作为对比测试。这种场景下需要实时更新和绘制数千个粒子的位置、速度，能够充分测试绘图性能。
- 粒子数量：2000 个。
- 刷新频率：约 60 FPS。
- 测试设备：Intel® Core™ i5-10400F CPU @ 2.90GHz, 32GB RAM, Nvidia Quadro P600, Windows 11。
- 测量指标：帧率（FPS）。
实现代码
1. SkiaSharp 实现
以下是基于 SkiaSharp 的代码：
using System.Diagnostics;
using SkiaSharp.Views.Desktop;
using SkiaSharp;
using Timer = System.Windows.Forms.Timer;
namespace GLControlExample
{
public partial class MainForm : Form
{
private readonly SKGLControl _skiaControl;
private readonly Timer _timer;
private readonly List<Particle> _particles = new();
private readonly Random _random = new();
private int _frameCount = 0;
private Stopwatch _stopwatch = new();
private double _lastFps = 0;
public MainForm()
{
Text = "SkiaSharp 粒子系统 (FPS 测试)";
Width = 800;
Height = 600;
_skiaControl = new SKGLControl { Dock = DockStyle.Fill };
Controls.Add(_skiaControl);
_skiaControl.PaintSurface += OnPaintSurface;
InitializeParticles(5000);
_timer = new Timer { Interval = 10 }; // 约 100 FPS
_timer.Tick += (s, e) =>
{
UpdateParticles();
_skiaControl.Invalidate();
};
_stopwatch.Start();
_timer.Start();
}
private void InitializeParticles(int count)
{
for (int i = 0; i < count; i++)
{
_particles.Add(new Particle
{
X = _random.Next(Width),
Y = _random.Next(Height),
SpeedY = _random.Next(2, 10)
});
}
}
private void UpdateParticles()
{
foreach (var particle in _particles)
{
particle.Y += particle.SpeedY;
if (particle.Y > Height)
{
particle.Y = 0;
particle.X = _random.Next(Width);
}
}
}
private void OnPaintSurface(object sender, SkiaSharp.Views.Desktop.SKPaintGLSurfaceEventArgs e)
{
var canvas = e.Surface.Canvas;
canvas.Clear(SKColors.Black);
using var paint = new SKPaint { Color = SKColors.Cyan, IsAntialias = true };
foreach (var particle in _particles)
{
canvas.DrawCircle(particle.X, particle.Y, 2, paint);
}
// 计算 FPS
_frameCount++;
if (_stopwatch.ElapsedMilliseconds >= 1000)
{
_lastFps = _frameCount * 1000.0 / _stopwatch.ElapsedMilliseconds;
_frameCount = 0;
_stopwatch.Restart();
Text = $"SkiaSharp 粒子系统 (FPS: {_lastFps:F1})";
}
}
private class Particle
{
public float X { get; set; }
public float Y { get; set; }
public float SpeedY { get; set; }
}
}
}
2. GDI+ 实现
以下是基于 GDI+ 的代码：
using System.Diagnostics;
using Timer = System.Windows.Forms.Timer;
namespace GLControlExample
{
public partial class MainForm : Form
{
private readonly Timer _timer;
private readonly List<Particle> _particles = new();
private readonly Random _random = new();
private int _frameCount = 0;
private Stopwatch _stopwatch = new();
private double _lastFps = 0;
public MainForm()
{
Text = "GDI+ 粒子系统 (FPS 测试)";
Width = 800;
Height = 600;
DoubleBuffered = true; // 启用双缓冲，减少闪烁
InitializeParticles(2000); // 初始化 2000 个粒子
_timer = new Timer { Interval = 10 }; // 约 100 FPS
_timer.Tick += (s, e) =>
{
UpdateParticles();
Invalidate(); // 请求重新绘制
};
_timer.Start();
_stopwatch.Start();
}
private void InitializeParticles(int count)
{
for (int i = 0; i < count; i++)
{
_particles.Add(new Particle
{
X = _random.Next(Width),
Y = _random.Next(Height),
SpeedY = _random.Next(2, 10)
});
}
}
private void UpdateParticles()
{
foreach (var particle in _particles)
{
particle.Y += particle.SpeedY;
if (particle.Y > Height)
{
particle.Y = 0;
particle.X = _random.Next(Width);
}
}
}
protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)
{
base.OnPaint(e);
var g = e.Graphics;
g.Clear(Color.Black);
using var brush = new SolidBrush(Color.GreenYellow);
foreach (var particle in _particles)
{
g.FillEllipse(brush, particle.X, particle.Y, 4, 4);
}
// 计算 FPS
_frameCount++;
if (_stopwatch.ElapsedMilliseconds >= 1000)
{
_lastFps = _frameCount * 1000.0 / _stopwatch.ElapsedMilliseconds;
_frameCount = 0;
_stopwatch.Restart();
Text = $"SkiaSharp 粒子系统 (FPS: {_lastFps:F1})";
}
}
private class Particle
{
public float X { get; set; }
public float Y { get; set; }
public float SpeedY { get; set; }
}
}
}
性能测试结果
粒子数量：2000
| 指标 | SkiaSharp | GDI+ |
|---|---|---|
| 平均帧率 | 64 FPS（稳定） | 40 FPS（波动明显） |
| 图像 |  |
 |
粒子数量：20000
| 指标 | SkiaSharp | GDI+ |
|---|---|---|
| 平均帧率 | 63.1 FPS（轻微下降） | 46.8 FPS（卡顿严重） |
| 图形 |  |
 |
性能差异的核心原因
硬件加速
- SkiaSharp 使用 GPU 渲染，极大降低了 CPU 的计算负担。
- GDI+ 完全依赖 CPU，在复杂绘图场景下性能瓶颈明显。
渲染流水线优化
- SkiaSharp 将多个绘制操作合并处理，减少绘制开销。
- GDI+ 每次绘制操作都是独立的，缺乏优化。
跨线程支持
- SkiaSharp 支持在非 UI 线程生成图像，并传递到 UI 渲染。
- GDI+ 要求所有绘图必须在 UI 线程进行。
总结与推荐
- 高性能场景：如实时动画、图形密集型应用，推荐使用 SkiaSharp。
- 简单场景：如静态绘图或单一平台应用，GDI+ 是一个足够稳定的选择。
SkiaSharp 的硬件加速能力和现代图形渲染特性，决定了它在复杂场景下的性能远胜 GDI+。对于需要高帧率和高效绘图的现代应用开发者，SkiaSharp 是更明智的选择。