Android UI性能专项测试及优化

Posted 2023-02-04 Vigibord

1 UI卡顿（Jank）

内容的快速加载很重要，渲染的流畅性也很重要。android团队把滞缓，不流畅的动画定义为jank，一般是由于丢帧引起的。安卓设备的屏幕刷新率一般是60帧每秒（1/60fps＝16.6ms每帧），所以你想要渲染的内容能在16ms内完成十分关键。每丢一帧，用户就会感觉的动画在跳动，会出现违和感。

2 专项优化方法

定位性能问题，一般需要多个工具配合使用，trace是必不可少的，既可以用DDMS里面的，也可以用Android Device Monitor里面带的（支持分线程统计）；再结合DDMS里面的其他工具及开发人员选项里面的工具便可解决问题。

2.1 UI过度绘制优化

在设置->开发者选项->调试GPU过度绘制->打开显示过度绘制区域后，可以看见如下图（对settings当前界面过度绘制进行分析）：

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：

颜色	含义
无色	无过度绘制或WebView等的渲染区域
蓝色	1x过度绘制
绿色	2x过度绘制
淡红色	3x过度绘制
红色 4x(+)	过度绘制

我们需要依据此颜色分布进行代码优化，多数情况下，大面积的过度绘制一般是由于父布局及上层容器设置了冗余的background导致的。我们可以通过DDMS中的Dump View Hierarchy for UI Automator查看过度绘制区域的层级结构，快速一层层的进行优化，如图：

另外，如果对于代码不熟悉，也可以通过resource-id或者text快速定位到其对应的layout布局文件中；

2.2冗余层级优化及性能瓶颈查找

使用Hierarchy View工具来进行两点优化
A．查找整个view树中的冗余层级，减少层次，优化结构；
B．快速找出性能瓶颈位置（通过分析各view中measure，layout，draw时间比例）

2.2.1 启动Hierarchy View
一种是在Android sdk中，在 tools 目录下面找到hierarchyviewer.bat即可
另外一种从Android Device Monitor中打开，启动 Android Device Monitor 成功之后，在新的窗口中点击切换视图图标，选择 Hierarchy View ，如下图：

2.2.2 load Activity的view树

黑体字就是表示当前界面的Activity，双击就load，等下下就能看见view tree了

Ps：该功能只能用在开发机或者虚拟机上，普通的手机没法用（安全性考虑）；第三方虚拟机如bluestack可以使用，速度比较快；Android自带的虚拟机也可以，就是速度比较慢。

上图所示为一个Activity的view tree，右上角窗口是整个树结构的概览图，右下角窗口是整个界面的概览图，中间窗口可以拖拽、缩放，选中某个view后会显示详细信息，右下角窗口标识出对应区域，Tree View窗口底部有搜索功能。
一个界面的层次结构越复杂、层级越深，测量、绘制时所需要的时间就越多；通过查看view tree，可以快速定位冗余层级，减少不必要层次（线性排列的view group能否合并）、合并不必要分割（比如两个兄弟view group能否合并）。

2.2.3 Obtain layout time for tree rooted as selected node

选中一个view后，点击上图中的绿红紫按钮，就会以该view为根节点，测量它所有子view的measure、layout、draw时间。Ps：用第三方的虚拟机，比如bluestack，该功能不好使，可以用Android自带的虚拟机，也不好用的时候，换不同的Android版本试试；
得到下图所示结果：

点击每个view都可以看到具体细节，详细意义如下图:

每个view里红色，黄色和绿色的圆圈，它们表示该view在那一层树形结构里measure，layout和draw所花费的相对时间（从左到右）。绿色表示最快的前50%，黄色表示最慢的前50%，红色表示那一层里面最慢的view。显然，红色的部分是我们优先优化的对象。

2.3 静态页面静态测试及优化

静态页面标准：在当前界面中没有动画，没有主动执行的后台操作，界面是静态的，意味着这种情况下是不会有cpu消耗或者极少消耗。
当我们在使用app过程中，需要重点测试有各类动画和后台功能的页面，当该页面切换到静态页面时，该页面可能有两种状态，onStop或者onDestroy了，这时执行静态测试，测试是否有未停止的动画、线程、未remove的handler runnable等；

测试方法1
在开发者选项中，打开显示CPU使用情况开关，如下图
A．在右边会显示当前运行的进程列表，排列顺序是按照CPU占用降序排列，越往上表示消耗CPU越多
B. 绿色表示 userspace占用cpu百分比,红色表示kernel 占用cpu百分比,蓝色表示 io interrupt 占用cpu百分比.
C. 第一行表示所有进程叠加的占用CPU百分比，从左到右三个数表示userspace，kernel，io interrupt

通过观察被测应用进程的cpu使用情况，理论情况下，静态页面中，应用应该不消耗或者消耗极少的cpu，如果应用进程一直排在前面在消耗cpu的情况，说明一直有方法在运行，这时可以使用测试方法2找出哪些方法在后面跑。

测试方法2
使用DDMS中的Traceview进行定位
Traceview工具是一个分析器，记录了应用程序中每个函数的执行时间；
打开DDMS，然后选择一个进程，接着点击上面的“Start Method Profiling”按钮（红色小点变为黑色即开始运行，再次点击后停止）。

静态情况下，几乎没有cpu消耗，如下图

有帧动画在运行，如下图，AnimationDrawable是帧动画相关的方法

通过Traceview，可以查找出哪些方法没有正确的停止，避免不必要的cpu消耗，影响性能；

2.4启动速度优化

1.从代码层面直接查找Activity初始化时，初始化了哪些方法，依次估算这些方法的性能消耗，尽可能的不要在主线程中执行耗时操作，影响界面刷新造成卡顿；
2.使用Traceview进行定位
启动应用或者页面时同时开始Trace采集，可以看到所有方法消耗cpu的百分比及排序，将方法依次对应回代码中，特别是观察运行在main线程的方法有没有优化空间；
3.不必须模块使用时加载
不必要的模块或者不必要的方法，延时加载或者使用时动态加载。比如drawerlayout的侧边栏，FrameLayout中的多个层，可以使用时再加载；Viewpager的多个页面平衡什么时候加载；

2.5 列表滑动卡顿优化

A. 使用GPU呈现模式图考核UI性能
通过开发者选项中GPU呈现模式图工具来进行流畅度考量的流程是（注意：如果是在开启应用后才开启此功能，记得先把应用结束后重新启动）在设置->开发者选项->GPU呈现模式（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当前界面上下滑动列表后的图表）：

打开上图可视化工具后，我们可以在手机画面上看到丰富的GPU绘制图形信息，分别展示了StatusBar、Activity区域等的GPU渲染时间信息，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，prepare（紫色），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）。

可以发现，这个工具是有局限性的，他虽然能够看出来有帧耗时超过基准线导致了丢帧卡顿，但却分析不到造成丢帧的具体原因。所以说为了配合解决分析UI丢帧卡顿问题我们还需要借助traceview和systrace来进行原因追踪。

B. 使用Systrace进行分析优化
打开DDMS->Capture system wide trace using Android systrace->设置时间与选项点击OK就开始了抓取，接着操作APP，完事生成一个trace.html文件，用Chrome打开即可如下图：

界面很复杂，涉及的东西比较多，要想完全弄明白需要扎实的Android基础；
主要看两个地方，一个是如图带有警示标示的圆圈，这些都是有问题的地方，点击小圆圈在左下方会有详细说明

另外一个地方看，带有F标记的小圆圈

每个F标记表示一帧，原点不是绿色的基本都代表存在一定问题，点击后下面会提示你选择的帧相关详细信息或者alert信息，但是遗憾的是通过Systrace只能大体上发现是否存在性能问题，具体问题还需要通过Traceview或者代码中嵌入Trace工具类等去继续详细分析；

2.6 主线程block自动化监测工具——BlockCanary

BlockCanary对主线程操作进行了完全透明的监控，并能输出有效的信息，帮助开发分析、定位到问题所在，迅速优化应用。其特点有：
非侵入式，简单的两行就打开监控，不需要到处打点，破坏代码优雅性。
精准，输出的信息可以帮助定位到问题所在（精确到行），不需要像Logcat一样，慢慢去找。
目前包括了核心监控输出文件，以及UI显示卡顿信息功能。
具体原理参见git地址：https://github.com/markzhai/AndroidPerformanceMonitor
可以设置debug模式下弹通知栏，方便定位问题

2.7 内存泄漏查找及优化

~~待续