Android性能优化全方面解析

Posted 2020-09-18 我就是马云飞

目的

公司的新需求终于解决完了，离测试和发布还有段时间，第一次体验了下没需求没bug的感觉，真是舒爽~然后翻了翻有什么可以学的。无意翻到了android后期发展的五大趋势。一、性能优化。二、高级UI。三、JNI/NDK开发。四、架构师。五、RN开发。这也许将会是我的进阶趋势。早已知道在瓶颈期的我，似乎看到了突破的希望的。

其实，关注我的或者在群里的小伙伴也知道，UI那块我问题不大。但是高级UI就有难度了。我们先不管他，一个一个来。先从性能优化来。其实我是拒绝写这篇文章的。为什么？性能优化的分类很多，一个分类写一篇感觉篇幅量很小，结合在一起写有感觉很大。而我目前打算整体的整理一下。

那么我们先分析下性能优化有那几个方面：一、内存优化。二、UI优化（布局优化和绘制优化）。三、速度的优化（线程优化/网络优化）。四、电量优化。五、启动优化。应该就这些了。那么这只是五大方面，里面还结合了各种细节方面的。不急，我们下面一个个的介绍。

内存优化

关于性能优化我们可以不知道其他的，但一定要知道内存优化。因为内存泄漏可以Android的常客。那么什么是内存泄漏呢？内存不在GC的掌控范围之内了。那么java的GC内存回收机制是什么？某对象不在有任何引用的时候才会进行回收。那么GC回收机制的原理是什么？又或者说可以作为GC　Root引用点的是啥？或许有人听不懂我在讲啥。我们先来看张图。

当我们向上寻找，一直寻找到GC Root的时候，此对象不会进行回收，例如，一个Activity。那么如果我们向上寻找，直到找到GC Root对象的时候，就说明它是不可以回收的，例如，我定义了一个int a；但是这个数据，我整个页面或者说整个项目都没有用到，则这个对象会被GC掉。

GC的引用点

1. java栈中引用的对象
2. 方法静态引用的对象
3. 方法常量引用的对象
4. Native中JNI引用的对象
5. Thread——“活着的”线程

如何判断

那么我们如何判断一个对象是一个垃圾对象，可以讲他进行回收呢？举了小例子教你们如何区分：

一般在学校吃饭，我们有两种情况，第一：吃完饭就直接走人，碗筷留给阿姨来收拾处理。
第二：吃完之后把碗筷放到收盘处直接进行回收。
但我们是个有素质的人，一般采用第二种情况，但根据想法，我们更倾向于第一种。
那么一般在饭店或者KFC中，都是第一种情况。
那么此时，问题来了，如果我已经吃完饭，然后我并没有离开饭店，做在位置上和朋友吹吹牛逼，谈谈理想，聊聊人生。
那么桌上那一堆碗筷是收还是不收？讲道理是不能收的。虽然实际也是不能收的。因为顾客是上帝~~~

So，我们如何判断一个对象是一个可回收的垃圾对象呢？这是我们的一个主观的判断。但是有种情况我们是必须要考虑到的，没错，就是内存过多无法释放的时候，会直接导致OOM。整个项目boom炸了。什么鬼？outofmemory。没错就是它。

内存溢出

分析原因

我们需要分析内存溢出的原因，我们先来看一张图：

内存泄漏一般导致应用卡顿，极端情况会导致项目boom。Boom的原因是因为超过内存的阈值。
原因主要有两方面：

• 代码存在泄漏，内存无法及时释放导致oom（这个我们后面说）
• 一些逻辑消耗了大量内存，无法及时释放或者超过导致oom

所谓消耗大量的内存的，绝大多数是因为图片加载。这是我们oom出现最频繁的地方。我前面有写过图片加载的方法，一个是控制每次加载的数量，第二，保证每次滑动的时候不进行加载，滑动完进行加载。一般情况使用先进后出，而不是先进先出。不过一般我们图片加载都是使用fresco或者Glide等开源库。
我们来看下下面两张图：

对比两张图，我们可以在第一张的情况出现了oom情况，我们通过log打印发现，处理的好像没什么问题，换句话说，如果我不放那0.8M的图片。然后继续不停的操作同样会出现OOM，然而我们就蒙了。没什么图片加载怎么就这么崩掉了。

如何查看

首先，我们确定我们项目或者某几个类里面是否存在内存溢出的问题。我们可以通过如下方法：

• Android–>System Information–>MemoryUsage查看Object里面是否有没有被释放的Views和Activity
• 命令行模式：adb shell dumpsys meminfo 包名 -d

就那我公司的项目举例把。首先，我们在这边可以看到memory。CPU和net的使用情况。

我们找到Object。看看我们内存的消耗情况。

随便这么一看，尼玛蛋，1300左右的view和一个Activity。还有3个context。可怕。。可以理解为一个Activity里面使用了将近1300个view。。。想都不敢想。。。

我们可以通过看Memory Monitor工具。 检查一个一个的动作。（比如Activity的跳转）。反复多次执行某一个操作，不断的通过这个工具查看内存的大概变化情况。 前后两个内存变化增加了不少。

我们可以更仔细的查找泄漏的位置，在AS里面使用 Heap SnapShot工具（堆栈快照）。如图所示：

我们点击后，他会进行一段时间的监控，然后会生成一个文件。我们点击我们package tree view。

我们找到自己项目的包名。然后进行进一步的分析。首先看一下2个列表的列名到底指的什么。

实例化对象的详细信息：

我们来随便的看一下内存中的数量：

这还是我们刚进手机，一个bean就被调用了这么多次。简直可怕。这个我们可以通过内存分析工具解决的。

内存分析工具

性能优化工具：

• Heap SnapShot工具
• Heap Viewer工具
• LeakCanary工具
• MAT工具
• TraceView工具（Device Monitor）

第三方分析工具：

• MemoryAnalyzer
• GT Home
• iTest
  　　　
  因为我没有这些工具，无法进行演示。

注意事项

• 我们尽量不要使用Activity的上下文，而是使用application的上下文，因为application的生命周期长，进程退出时才会被销毁。所以，单例模式是最容易造成内存溢出的原本所在，因为单例模式的生命周期的应该和application的生命周期一样长，而不是和Activity的相同。

• Animation也会导致内存溢出，为什么？因为我们是通过view来进行演示的，导致view被Activity持有，而Activity又持有view。最后因为Activity无法释放，导致内存泄漏。解决方法是在Activity的ondestory（）方法中调用Animation.cancle（）进行停止，当然一些简单的动画我们可以通过自定义view来解决。至少我现在已经很少使用Animation了。没有一个动画是自定义view解决不了的。如何有，那就是两个~~~。

UI优化

UI优化主要包括布局优化以及view的绘制优化。不急，我们接下来一个一个慢慢看~~。先说下UI的优化到底是什么？有些时候我们打开某个软件，会出现卡顿的情况。这就是UI的问题。那么我们想一下，什么情况会导致卡顿呢？一般是如下几种情况：

1. 人为在UI线程中做轻微耗时操作，导致UI线程卡顿；

2. 布局Layout过于复杂，无法在16ms内完成渲染；

3. 同一时间动画执行的次数过多，导致CPU或GPU负载过重；

4. View过度绘制，导致某些像素在同一帧时间内被绘制多次，从而使CPU或GPU负载过重；

5. View频繁的触发measure、layout，导致measure、layout累计耗时过多及整个View频繁的重新渲染；

6. 内存频繁触发GC过多（同一帧中频繁创建内存），导致暂时阻塞渲染操作；

7. 冗余资源及逻辑等导致加载和执行缓慢；

8. 臭名昭著的ANR；

可以看见，上面这些导致卡顿的原因都是我们平时开发中非常常见的。有些人可能会觉得自己的应用用着还蛮OK的，其实那是因为你没进行一些瞬时测试和压力测试，一旦在这种环境下运行你的App你就会发现很多性能问题。

布局优化

GPU绘制

我们对于UI性能的优化还可以通过开发者选项中的GPU过度绘制工具来进行分析。在设置->开发者选项->调试GPU过度绘制（不同设备可能位置或者叫法不同）中打开调试后可以看见如下图（对settings当前界面过度绘制进行分析）：

这图看着太乱，我们来一张简洁明了的图：

我们的目标就是尽量减少红色Overdraw，看到更多的蓝色区域。

可以发现，开启后在我们想要调试的应用界面中可以看到各种颜色的区域，具体含义如下：

Overdraw有时候是因为你的UI布局存在大量重叠的部分，还有的时候是因为非必须的重叠背景。例如某个Activity有一个背景，然后里面的Layout又有自己的背景，同时子View又分别有自己的背景。仅仅是通过移除非必须的背景图片，这就能够减少大量的红色Overdraw区域，增加蓝色区域的占比。这一措施能够显著提升程序性能。

如果布局中既能采用RealtiveLayout和LinearLayout，那么直接使用LinearLayout，因为Relativelayout的布局比较复杂，绘制的时候需要花费更多的CPU时间。如果需要多个LinearLayout或者Framelayout嵌套，那么可采用Relativelayout。因为多层嵌套导致布局的绘制有大部分是重复的，这会减少程序的性能。

GPU呈现模式分析

我们依旧打开设置–>开发者选项–>GPU呈现模式分析–>在屏幕上显示为条形图，如图所示：


当然，也可以在执行完UI滑动操作后在命令行输入如下命令查看命令行打印的GPU渲染数据（分析依据：Draw + Process + Execute = 完整的显示一帧时间 < 16ms）：

adb shell dumpsys gfxinfo [应用包名]

随着界面的刷新，界面上会以实时柱状图来显示每帧的渲染时间，柱状图越高表示渲染时间越长，每个柱状图偏上都有一根代表16ms基准的绿色横线，每一条竖着的柱状线都包含三部分（蓝色代表测量绘制Display List的时间，红色代表OpenGL渲染Display List所需要的时间，黄色代表CPU等待GPU处理的时间），只要我们每一帧的总时间低于基准线就不会发生UI卡顿问题（个别超出基准线其实也不算啥问题的）。就简单的看下我们公司项目刚启动的时候：

突然就有那么一种想吐槽的感觉…..我记得之前我做了瘦身的优化，但是要让我做性能优化，我觉得应该没那么简单……..

代码优化

Android Studio和IntellJ idead都有自带的代码检查工具。打开Analyze->Run Inspection by Name… –>unused resource 点击开始检测，等待一下后会发现如下结果：

我们还可以这样，将鼠标放在代码区点击右键->Analyze->Inspect Code–>界面选择你要检测的模块->点击确认开始检测，等待一下后会发现如下结果：

当然，我这只是截取了少一部分，我们看下下面那个提示：@param v tag description is missing 。意味着v的类型缺少了，要么补上介绍，要么直接删除。

上面那两种方法是最容易找到代码缺陷以及无用代码的地方。所以尽情的入坑去填坑把~~~

绘制优化

那么什么是绘制优化？绘制优化主要是指View的Ondraw方法需要避免执行大量的操作。我将分为了2个方面。

• ondraw方法不需要创建新的局部对象，这是因为ondraw方法是实时执行的，这样会产品大量的临时对象，导致占用了更多内存，并且使系统不断的GC。降低了执行效率。
• Ondraw方法不需要执行耗时操作，在ondraw方法里少使用循环，因为循环会占用CPU的时间。导致绘制不流畅，卡顿等等。Google官方指出，view的绘制帧率稳定在60dps，这要求每帧的绘制时间不超过16ms（1000/60)。虽然很难保证，但我们需要尽可能的降低。

60dps是目前最合适的图像显示速度，也是绝大部分Android设备设置的调试频率，如果在16ms内顺利完成界面刷新操作可以展示出流畅的画面，而由于任何原因导致接收到VSYNC信号的时候无法完成本次刷新操作，就会产生掉帧的现象，刷新帧率自然也就跟着下降(假定刷新帧率由正常的60fps降到30fps，用户就会明显感知到卡顿)。So，前面我们说GPU的时候也谈到了这个。总的而言，感觉还是蛮重要的…..

网络优化

线程是我们项目中不可缺少的重要部分，因为我们大多数数据都是从网络获取的。So，线程这个是必备用品。
我们依旧可以通过Memory下面的Net进行网络的监听：

ANR问题

相信这个问题在座的各种没少遇到过，那么什么是ANR？application not responding。应用程序无响应。那么一般什么时候会出现ANR。Android官方规定：activity如果5s内无响应事件（屏幕触摸事件或者键盘输入事件）。BroadcastReceiver如果在10s内无法处理完成。Service如果20s内无法处理完成。这三种情况会导致ANR。用张简洁的图来介绍把。看起来方便~~

线程优化

上面说的三种导致ANR的情况，绝大多数就是因为线程阻塞导致的。那么我们应该如何处理呢？Android系统为我们提供了若干组工具类来解决此问题。

• Asynctask：为UI线程与工作线程之间进行快速处理的切换提供一种简单便捷的机制。适用于当下立即需要启动，但是异步执行的生命周期短暂的场景。

• HandlerThread：为某些回调方法或者等待某些执行任务的执行设置一个专属的线程，并提供线程任务的调度机制。

• ThreadPool：把任务分解成不同的单元，分发到各个不同的线程上，进行同时并发处理。

• IntentService：适合执行由Ui触发的后台任务。并可以把这些任务执行的情况通过一定的机制反馈给UI。

网络请求耗时会给用户带来卡顿的产品体验，虽然可以使用Loading提升用户体验，但属于治标不治本。例如，当网络差的时候我们公司的项目一个loading就是10多s。甚至更多…..我就记得我当时面试之前下了一次我们公司的项目，因为网差的问题…一个loading一分多钟。。当时砸手机的冲动都有了，别说卸软件了….

一般多线程的情况我们可以通过Asynctask处理。（这玩意我真没怎么用过- -）我前面有说过annotation。这是google官方推出的注解。比bufferknife强大很多。这个可以快捷方便的处理多线程而且不会导致线程阻塞，而且你也可以控制线程的顺序，例如我要执行完线程A后，根据线程A的某个参数来执行线程B。以此类推…..

至于线程池么，最多的还是要说道图片加载了~~。图片加载用三方就行了~想看详细介绍，我前面有说，当然除了这个还有下载操作。这就和IntentService有关联了。一般下载我很少涉及到。。用过几次android原生的downloadmanager。。感觉略坑。

KO网络优化

现在讲网络优化的重点了…重点..重点…，一般用到网最最最主要的是什么？时间！！速度！！成功率！！，时间！！速度！！成功率！！，时间！！速度！！成功率！！重要的事说三遍哈。

图片处理

这已经不是第一次在此文提到图片了。可见图片的重要性！！

• 使用WebP格式；同样的照片，采用WebP格式可大幅节省流量，相对于JPG格式的图片，流量能节省将近 25% 到 35 %；相对于 PNG 格式的图片，流量可以节省将近80%。最重要的是使用WebP之后图片质量也没有改变。So，去和后台的小伙伴们商量吧~~~
• 使用缩略图，我在前面写图片加载有说过，就是控制他的inside和option。然后进行图片缩放。压缩？讲道理….我并不知道网络图片怎么压缩，but，我会缩放啊~~反正也不会失真。啦啦啦~咬我啊？

网络请求处理

我们可以对服务端返回数据进行缓存，设定有效时间，有效时间之内不走网络请求，减少流量消耗。对网络的缓存可以参见HttpResponseCache。

在某些情况，我们尽量少使用GPS定位，如果条件允许，尽可能使用网络定位。

下载、上传，我们尽可能使用断点，说个简单的，我在公司，准备下一个500M的游戏，但是下到200M的时候我下班了，此时没有了无线网，我们可以回家后用无线继续下载。So，断点续传，断点下载也是我们的必修课~，所以我前面单独提了一篇断点续传的文章。

刷新数据时，尽可能使用局部刷新，而不是全局刷新，第一、界面会闪屏一下，网差的界面直接白屏一段时间也不是不可能。第二、流量的使用！！我又要拿我们公司项目搞事情了。一个闪屏的缓存60+M。。。没错，就是60+M。简直可怕，我清个3、5次缓存，在打开个3、5次。好了，2分钟时间，我一个月流量就没了。。。So，我前面提到的网络缓存很重要，至于会不会加在项目中，我还是要看了在说- - 一个不小心，整个项目炸了都有可能。。。

启动优化

众所周知，一个好的产品，除了功能强大，好的性能也必不可少。有调查显示，近50%的受访者因为apk太大而拒绝使用，近40%的受访者会因为APP性能差而卸载，性能也是造成APP用户沮丧的头号原因。

安卓应用的启动方式分为三种：冷启动、暖启动、热启动，不同的启动方式决定了应用UI对用户可见所需要花费的时间长短。顾名思义，冷启动消耗的时间最长。基于冷启动方式的优化工作也是最考验产品用户体验的地方。谈及优化之前，我们先看看这三种启动方式的应用场景，以及启动过程中系统都做了些什么工作。

冷启动

为什么说冷启动是耗时最长的。冷启动是在启动应用前，系统没有获取到当前app的activity、Service等等。例如，第一次启动app。又或者说杀死进程后第一次启动。那么对比其他两种方式。冷启动自然是耗时最久的。

应用发生冷启动时，系统一定会执行下面的三个任务：

• 开始加载并启动应用
• 应用启动后，显示一个空白的启动窗口（启动闪屏页）
• 创建应用信息

那么创建应用信息，系统就需要做一屁股的事：

• application的初始化
• 启动UI线程
• 创建Activity
• 导入视图（inflate view）
• 计算视图大小（onmesure view）
• 得到视图排版（onlayout view）
• 绘制视图（ondraw view）

这其中有两个 creation 工作，分别为 Application 和 Activity creation。他们均在 View 绘制展示之前。所以，在应用自定义的 Application 类和 第一个 Activity 类中，onCreate() 方法做的事情越多，冷启动消耗的时间越长。

暖启动

当应用中的 Activities 被销毁，但在内存中常驻时，应用的启动方式就会变为暖启动。相比冷启动，暖启动过程减少了对象初始化、布局加载等工作，启动时间更短。但启动时，系统依然会展示闪屏页，直到第一个 Activity 的内容呈现为止。

热启动

相比暖启动，热启动时应用做的工作更少，启动时间更短。热启动产生的场景很多，常见如：用户使用返回键退出应用，然后马上又重新启动应用。

如何优化

我们先对比下三种启动的时间对比：
冷启动：

暖启动 ：

热启动：

我们可以看到三者的明显的差距，一个冷启动将近一分钟，反正我是不想看，每次跑项目都好慢~那么我们应该怎么做？看到有些人介绍说改变项目的theme。把它改成launcher的theme。但我觉得，这种做测试的确没问题。但是一般项目都会有闪屏页。然后从闪屏跳转到首页。我们可以按照大多数的项目来改善。怎么说的，我们可以看到一般项目都有倒计时显示。也就是说倒计时结束就自动进入首页。或者可以直接跳过进入首页。也就是说我们可以通过此方法来进行，也就是说只要他倒计时结束，不管请求是否全部获取完我们都直接进入首页。我们可以在闪屏页进行一些必要的加载，例如用户信息，定位等等，那么至于其他的，我们可以进入主页进行预加载。就和热更新一样，在用户不知情的情况下，默默的更新bug。So，对于一些网络请求，例如广告之类的。我们可以通过此方法进行预加载。

我们还可以这样，闪屏页我们把他当作一个fragment嵌套在MainActivity中，那么我们可以在进入闪屏时直接预加载主页的view。倒计时我们把闪屏页remove掉直接显示首页。

通过上面的介绍，我们对启动优化有了一定的了解，其实总结的话很简单。就是减少耗时操作，总结如下：

• 主线程中涉及到Shareperference能否在非UI线程执行。
• Application的创建过程中尽量少的进行耗时操作。
• 减少布局的层次,并且生命周期回调的方法中尽量减少耗时的操作。

电量优化

有了UI优化、内存优化、代码优化、网络优化之后我们在来说说应用开发中很重要的一个优化模块—–电量优化。

耗电概念

其实大多数开发者对电量优化的重视程度极低，其实提到性能优化想到的就是内存优化，但我们不能忽视其他的优化，电量优化其实还是必要的，例如爱奇艺、优酷等等的视频播放器以及音乐播放器。众所周知，音乐和视频其实是耗电量最大的。如果用户一旦发现我们的应用非常耗电，不好意思，他们大多会选择卸载来解决此类问题。为此，我们需要进行优化。

如何优化

其实我们把上面那四种优化解决了，就是最好的电量优化。So，对于电量优化，我在此提一些建议：

• 需要进行网络请求时，我们需先判断网络当前的状态。
• 在多网络请求的情况下，最好进行批量处理，尽量避免频繁的间隔网络请求。
• 在同时有wifi和移动数据的情况下，我们应该直接屏幕移动数据的网络请求，只有当wifi断开时在调用，因为，wifi请求的耗电量远比移动数据的耗电量低的低。
• 后台任务要尽可能少的唤醒CPU。（比方说，锁屏时，QQ的消息提示行就是唤醒了CPU。但是它的提示只有在你打开锁屏或者进行充电时才会进行提示。）

优化总结

性能优化是我们进阶的毕竟之路。So，我们必须要会，至于“会”到什么程度，就要看个人理解了。其实，上面介绍的只是性能问题的冰山一角，真正的优化，我们是在项目中总结出来的。但，我们不能一味的追求优化，就例如我，现在只是在进行优化的总结，而对于真正的实行，并没有开始，因为，优化是有风险的，一个不小心，整个项目都可能炸了。所以这就需要你的经验，以及各种总结，在改进行优化的地方先进行优化，看看效果如何，例如，UI的优化以及代码的优化。可以先拿一些网上的开源项目进行优化等等。最后，尽情的享受优化把~~~

文章参考

《Android艺术探索》

Android应用开发性能优化完全分析

性能优化典范

双十二技术哥

google官方优化视频