Qt图表绘制（QtCharts）- 性能优化（13）

1 批量替换代替追加

• 如下所示，使用replace添加数据和使用append添加数据性能对比，单次添加数据越多，replace性能比append越强。

• 示例代码

  import random  # 导入random模块，用于生成随机数
  import sys
  
  from PySide6.QtCharts import QChart, QChartView, QLineSeries, QValueAxis  # 导入QtCharts模块，用于创建图表和轴
  from PySide6.QtCore import QTimer  # 导入QTimer，用于定时更新图表
  from PySide6.QtCore import Qt  # 导入Qt核心模块，用于设置对齐方式等
  from PySide6.QtGui import QPainter  # 导入QPainter，用于设置图表的渲染提示
  from PySide6.QtWidgets import QApplication, QMainWindow  # 导入PySide6的QApplication和QMainWindow类
  from line_profiler_pycharm import profile
  from PySide6.QtCore import QPointF
  
  class MainWindow(QMainWindow):  # 定义MainWindow类，继承自QMainWindow
      def __init__(self):
          super().__init__()  # 调用父类的构造函数
          self.setWindowTitle("PySide6 折线图示例")  # 设置窗口标题
          self.setGeometry(100, 100, 800, 600)  # 设置窗口的位置和大小
          self.timer = QTimer()  # 创建一个定时器
          self.timer.timeout.connect(self.update_chart)  # 连接定时器超时信号到update_chart方法
          self.timer.start(10)  # 设置定时器间隔为10毫秒，并启动定时器
          # print(help(QChart))  # 这行代码可以用于打印QChart类的帮助信息，目前被注释掉了
          self.chart_view = None  # 初始化图表视图为None
          self.series1 = QLineSeries()  # 创建一个折线序列对象
          self.series2 = QLineSeries()  # 创建一个折线序列对象
          # self.series1.setUseOpenGL(True)  # 设置折线序列使用OpenGL渲染
          # self.series2.setUseOpenGL(True)  # 设置折线序列使用OpenGL渲染
          self.init_chart()  # 调用初始化图表的方法
  
      def init_chart(self):  # 定义初始化图表的方法
          # 设置名称
          self.series1.setName("series1")  # 设置折线的名称
          self.series2.setName("series2")  # 设置折线的名称
  
          # 创建图表
          chart = QChart()  # 创建一个图表对象
          chart.addSeries(self.series1)  # 将折线序列添加到图表中
          chart.addSeries(self.series2)  # 将折线序列添加到图表中
          chart.setTitle("简单的折线图")  # 设置图表的标题
          # chart.setAnimationOptions(QChart.AnimationOption.SeriesAnimations)  # 设置图表不使用动画
  
          # 创建x轴和y轴
          axis_x = QValueAxis()  # 创建一个数值型x轴
          axis_y = QValueAxis()  # 创建一个数值型y轴
          chart.addAxis(axis_x, Qt.AlignmentFlag.AlignBottom)  # 将x轴添加到图表底部
          chart.addAxis(axis_y, Qt.AlignmentFlag.AlignLeft)  # 将y轴添加到图表左侧
          self.series1.attachAxis(axis_x)  # 将折线序列附着到x轴
          self.series1.attachAxis(axis_y)  # 将折线序列附着到y轴
          self.series2.attachAxis(axis_x)  # 将折线序列附着到x轴
          self.series2.attachAxis(axis_y)  # 将折线序列附着到y轴
  
          # 创建图表视图
          self.chart_view = QChartView(chart)  # 创建一个图表视图对象，并将图表添加进去
          self.chart_view.setRenderHint(QPainter.RenderHint.Antialiasing)  # 设置图表视图的渲染提示为抗锯齿
  
          # 设置主窗口的中心部件
          self.setCentralWidget(self.chart_view)  # 设置主窗口的中心部件为图表视图
  
      @profile
      def update_chart1(self):  # 定义更新图表的方法
          """
          使用append方法更新折线序列
          :return: 
          """
          for i in range(10):  # 循环10次
              random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
              self.series1.append(self.series1.count(), random_integer)  # 将新的点添加到折线序列中
  
          chart = self.chart_view.chart()  # 获取图表视图中的图表对象
          axis_x = chart.axes(Qt.Orientation.Horizontal)[0]  # 获取图表中的x轴对象
          axis_y = chart.axes(Qt.Orientation.Vertical)[0]  # 获取图表中的y轴对象
          axis_x.setRange(0, self.series1.count())  # 设置x轴的范围，使其从0到当前折线序列点的数量
          axis_y.setRange(0, 100)  # 设置y轴的范围，使其从0到100
  
      @profile
      def update_chart2(self):  
          """
          使用replace方法更新折线序列
          :return: 
          """
          data = self.series2.points()
          for i in range(10):  # 循环10次
              random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
              data.append(QPointF(len(data), random_integer))  # 将新的点添加到折线序列中
  
          self.series2.replace(data)  # 替换折线序列中的点
  
          chart = self.chart_view.chart()  # 获取图表视图中的图表对象
          axis_x = chart.axes(Qt.Orientation.Horizontal)[0]  # 获取图表中的x轴对象
          axis_y = chart.axes(Qt.Orientation.Vertical)[0]  # 获取图表中的y轴对象
          axis_x.setRange(0, self.series2.count())  # 设置x轴的范围，使其从0到当前折线序列点的数量
          axis_y.setRange(0, 100)  # 设置y轴的范围，使其从0到100
  
      @profile
      def update_chart(self):  # 定义更新图表的方法
          self.update_chart1()  # 调用更新图表的方法
          self.update_chart2()  # 调用更新图表的方法
  
  if __name__ == "__main__":  # 确保只有在直接运行此脚本时才会执行下面的代码
      app = QApplication(sys.argv)  # 创建一个QApplication对象
      window = MainWindow()  # 创建一个MainWindow对象
      window.show()  # 显示主窗口
      sys.exit(app.exec())  # 进入应用程序的主循环，并等待退出
  
  

1.1 测试1

• 测试方法：定时器1秒刷新1次，每次在循环中添加10个点数据；
• 测试结果：
  • 从整个函数看update_chart1耗时是update_chart2的6.5倍；
  • 从单行代码看append耗时是replace的11.3倍；

1.2 测试2

• 测试方法：定时器1秒刷新1次，每次在循环中添加1000个点数据；
• 测试结果：
  • 从整个函数看update_chart1耗时是update_chart2的199倍；
  • 从单行代码看append耗时是replace的750倍；

1.3 测试3

• 测试方法：定时器10毫秒刷新1次，每次在循环中添加10个点数据；
• 测试结果：
  • 从整个函数看update_chart1耗时是update_chart2的5.57倍；
  • 从单行代码看append耗时是replace的8.82倍；

2 开启OpenGL

• 如下所示，对比开启OpenGL和开启OpenGL的性能区别；当使用appeng添加数据时，开启opengl和不开opengl的区别最大；

• 示例代码：

  import random  # 导入random模块，用于生成随机数
  import sys
  
  from PySide6.QtCharts import QChart, QChartView, QLineSeries, QValueAxis  # 导入QtCharts模块，用于创建图表和轴
  from PySide6.QtCore import QTimer  # 导入QTimer，用于定时更新图表
  from PySide6.QtCore import Qt  # 导入Qt核心模块，用于设置对齐方式等
  from PySide6.QtGui import QPainter  # 导入QPainter，用于设置图表的渲染提示
  from PySide6.QtWidgets import QApplication, QMainWindow  # 导入PySide6的QApplication和QMainWindow类
  from line_profiler_pycharm import profile
  from PySide6.QtCore import QPointF
  
  class MainWindow(QMainWindow):  # 定义MainWindow类，继承自QMainWindow
      def __init__(self):
          super().__init__()  # 调用父类的构造函数
          self.setWindowTitle("PySide6 折线图示例")  # 设置窗口标题
          self.setGeometry(100, 100, 800, 600)  # 设置窗口的位置和大小
          self.timer = QTimer()  # 创建一个定时器
          self.timer.timeout.connect(self.update_chart)  # 连接定时器超时信号到update_chart方法
          self.timer.start(1000)  # 设置定时器间隔为10毫秒，并启动定时器
          self.chart_view = None  # 初始化图表视图为None
          self.series1 = QLineSeries()  # 创建一个折线序列对象
          self.series2 = QLineSeries()  # 创建一个折线序列对象
          self.series1.setUseOpenGL(True)  # 设置折线序列使用OpenGL渲染
          # self.series2.setUseOpenGL(True)  # 设置折线序列使用OpenGL渲染
          self.init_chart()  # 调用初始化图表的方法
  
      def init_chart(self):  # 定义初始化图表的方法
          # 设置名称
          self.series1.setName("series1")  # 设置折线的名称
          self.series2.setName("series2")  # 设置折线的名称
  
          # 创建图表
          chart = QChart()  # 创建一个图表对象
          chart.addSeries(self.series1)  # 将折线序列添加到图表中
          chart.addSeries(self.series2)  # 将折线序列添加到图表中
          chart.setTitle("简单的折线图")  # 设置图表的标题
          # chart.setAnimationOptions(QChart.AnimationOption.SeriesAnimations)  # 设置图表不使用动画
  
          # 创建x轴和y轴
          axis_x = QValueAxis()  # 创建一个数值型x轴
          axis_y = QValueAxis()  # 创建一个数值型y轴
          axis_y.setRange(0, 100)  # 设置y轴的范围，使其从0到100
          chart.addAxis(axis_x, Qt.AlignmentFlag.AlignBottom)  # 将x轴添加到图表底部
          chart.addAxis(axis_y, Qt.AlignmentFlag.AlignLeft)  # 将y轴添加到图表左侧
          self.series1.attachAxis(axis_x)  # 将折线序列附着到x轴
          self.series1.attachAxis(axis_y)  # 将折线序列附着到y轴
          self.series2.attachAxis(axis_x)  # 将折线序列附着到x轴
          self.series2.attachAxis(axis_y)  # 将折线序列附着到y轴
  
          # 创建图表视图
          self.chart_view = QChartView(chart)  # 创建一个图表视图对象，并将图表添加进去
          self.chart_view.setRenderHint(QPainter.RenderHint.Antialiasing)  # 设置图表视图的渲染提示为抗锯齿
  
          # 设置主窗口的中心部件
          self.setCentralWidget(self.chart_view)  # 设置主窗口的中心部件为图表视图
  
      @profile
      def update_chart1(self):  # 定义更新图表的方法
          """
          开启OpenGL渲染，使用append方法更新折线序列
          :return:
          """
          for i in range(10):  # 循环10次
              random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
              self.series1.append(self.series1.count(), random_integer)  # 将新的点添加到折线序列中
  
  
      @profile
      def update_chart2(self):
          """
          不开启OpenGL渲染，使用append方法更新折线序列
          :return:
          """
          for i in range(10):  # 循环10次
              random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
              self.series2.append(self.series2.count(), random_integer)  # 将新的点添加到折线序列中
  
  
      @profile
      def update_chart(self):  # 定义更新图表的方法
          self.update_chart1()  # 调用更新图表的方法
          self.update_chart2()  # 调用更新图表的方法
  
          chart = self.chart_view.chart()  # 获取图表视图中的图表对象
          axis_x = chart.axes(Qt.Orientation.Horizontal)[0]  # 获取图表中的x轴对象
          max_x = self.series2.count()
          axis_x.setRange(0, max_x)  # 设置x轴的范围，使其从0到当前折线序列点的数量
  
  if __name__ == "__main__":  # 确保只有在直接运行此脚本时才会执行下面的代码
      app = QApplication(sys.argv)  # 创建一个QApplication对象
      window = MainWindow()  # 创建一个MainWindow对象
      window.show()  # 显示主窗口
      sys.exit(app.exec())  # 进入应用程序的主循环，并等待退出
  
  

2.1 测试1

• 测试方法：定时器1秒刷新1次，每次在循环中添加10个点数据；
• 测试结果：
  • 从整个函数看update_chart2耗时是update_chart1的9.7倍；
  • 从单行代码看append添加数据不开启opengl耗时是开启opengl的21.3倍；

2.2 测试2

• 测试方法：定时器1秒刷新1次，每次在循环中添加1000个点数据；
• 测试结果：
  • 从整个函数看update_chart2耗时是update_chart1的123倍；
  • 从单行代码看append添加数据不开启opengl耗时是开启opengl的169倍；

2.3 测试3

• 测试方法：定时器10毫秒刷新1次，每次在循环中添加10个点数据；
• 测试结果：
  • 从整个函数看update_chart2耗时是update_chart1的72.5倍；
  • 从单行代码看append添加数据不开启opengl耗时是开启opengl的113倍；

2.4 测试4

• 测试方法：将使用append添加数据改为使用replace添加数据，定时器10毫秒刷新1次，每次在循环中添加10个点数据；

• 测试结果：

  • 从整个函数看update_chart2耗时是update_chart1的1.84倍；
  • 从单行代码看replace添加数据不开启opengl耗时是开启opengl的11倍；

• 测试代码：

      @profile
      def update_chart1(self):  # 定义更新图表的方法
          """
          开启OpenGL渲染，使用append方法更新折线序列
          :return:
          """
          data = self.series1.points()
          for i in range(10):  # 循环10次
              random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
              data.append(QPointF(len(data), random_integer))  # 将新的点添加到折线序列中
  
          self.series1.replace(data)  # 替换折线序列中的点
      @profile
      def update_chart2(self):
          """
          不开启OpenGL渲染，使用append方法更新折线序列
          :return:
          """
          data = self.series2.points()
          for i in range(10):  # 循环10次
              random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
              data.append(QPointF(len(data), random_integer))  # 将新的点添加到折线序列中
  
          self.series2.replace(data)  # 替换折线序列中的点