Android应用开发岗面试汇总-性能优化篇

作者: hahaoop | 来源:发表于2022-04-07 00:09 被阅读0次

背景

最近在准备面试，结合之前的工作经验和近期在网上收集的一些面试资料，准备将Android开发岗位的知识点做一个系统的梳理，整理成一个系列：Android应用开发岗面试汇总。本系列将分为以下几个大模块：
Java基础篇、Java进阶篇、常见设计模式
 Android基础篇、Android进阶篇、性能优化
 网络相关、数据结构与算法
常用开源库、Kotlin、Jetpack

注1：以上文章将陆续更新，直到我找到满意的工作为止，有跳转链接的表示已发表的文章。
注2：该系列属于个人的总结和网上东拼西凑的结果，每个知识点的内容并不一定完整，有不正确的地方欢迎批评指正。
注3：部分摘抄较多的段落或有注明出处。如有侵权，请联系本人进行删除。

性能优化篇只做概述，详细优化方案参考链接中的文章即可

1 启动速度优化

前置知识点：APP启动流程、Activity启动流程

优化方向
Google给出了启动加速的方向：

利用提前展示出来的Window，快速展示出来一个界面，给用户快速反馈的体验；
避免在启动时做密集沉重的初始化（Heavy app initialization）；
定位问题：避免I/O操作、反序列化、网络操作、布局嵌套等。

1.1 替换Application的主题

1、当APP启动时，会先于Main Thread展示一个空白的window，此时，可以通过给Application设置特定的主题，即展示一个图片，用到的是theme中的windowBackground属性。

<style name="AppTheme" parent="Theme.AppCompat.Light.DarkActionBar">
    <item name="android:windowBackground">@mipmap/launch</item>   //闪屏页图片
    <item name="android:windowFullscreen">true</item>
    <item name="android:windowContentOverlay">@null</item>
</style>

2、再在Activity的onCreate方法中，先于super.onCreate（）把正常的主题替换回来。

image.png

1.2 代码逻辑优化

异步初始化组件
梳理业务逻辑，延迟初始化组件、操作
正确使用线程（1、设置子线程的优先级；2、避免在启动时创建线程池）
去掉无用代码、重复逻辑等。

1.3 使用耗时统计工具

BlockCanary：收集卡顿的堆栈信息
hugo：通过注解的方式，统计单个方法的耗时
Android Profiler：AS提供的性能优化工具，这里使用CPU这块的Start Method Tracing来生成.trace文件，再通过DDMS来查看，可以看到具体线程中的时间轴上，各个方法的耗时情况。
参考链接

1.4 冷启动耗时统计

1.4.1 adb命令 :

adb shell am start -S -W 包名/启动类的全限定名。-S 表示重启当前应用

C:\Android\Demo>adb shell am start -S -W com.example.moneyqian.demo/com.example.moneyqian.demo.MainActivity
Stopping: com.example.moneyqian.demo
Starting: Intent { act=android.intent.action.MAIN cat=[android.intent.category.LAUNCHER] cmp=com.example.moneyqian.demo/.MainActivity }
Status: ok
Activity: com.example.moneyqian.demo/.MainActivity
ThisTime: 2247
TotalTime: 2247
WaitTime: 2278
Complete

ThisTime : 最后一个 Activity 的启动耗时(例如从 LaunchActivity - >MainActivity「adb命令输入的Activity」 , 只统计 MainActivity 的启动耗时)
TotalTime : 启动一连串的 Activity 总耗时.(有几个Activity 就统计几个)
WaitTime : 应用进程的创建过程 + TotalTime .

1.4.2 系统日志 :

在AS中的Logcat中，过滤关键字：ActivityTaskManager: Displayed（华为系统关键字不同），可以看到当前启动的activity以及耗时，如：

image.png

参考链接

2 布局优化

根据Google官方出品的Android性能优化典范，60帧每秒是目前最合适的图像显示速度，事实上绝大多数的Android设备也是按照每秒60帧来刷新的。为了让屏幕的刷新帧率达到60fps，我们需要确保在时间16ms（1000/60Hz）内完成单次刷新的操作（包括measure、layout以及draw），这也是Android系统每隔16ms就会发出一次VSYNC信号触发对UI进行渲染的原因。

2.1 帧率，丢帧

帧率：60fps：即每秒钟屏幕刷新60次，也就是每16ms刷新一次。如果刷新操作在16ms内顺利完成则可以展示出流畅的画面；
丢帧：然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)。

2.2 过渡绘制

理论上一个像素每次只绘制一次是最优的，但是由于重叠的布局导致一些像素会被多次绘制，Overdraw由此产生。
我们可以通过调试工具来检测Overdraw：设置——开发者选项——调试GPU过度绘制——显示过度绘制区域。该工具会把不同绘制次数的区域通过不同颜色展示出来。

原色 – 没有过度绘制 – 这部分的像素点只在屏幕上绘制了一次。
蓝色 – 1次过度绘制– 这部分的像素点只在屏幕上绘制了两次。
绿色 – 2次过度绘制 – 这部分的像素点只在屏幕上绘制了三次。
粉色 – 3次过度绘制 – 这部分的像素点只在屏幕上绘制了四次。
红色 – 4次过度绘制 – 这部分的像素点只在屏幕上绘制了五次。

2.3 过渡绘制优化方案

过渡绘制需要结合业务，适当的进行优化

去掉不需要设置背景色的控件的背景色
去掉Activity主题的背景色
减少嵌套层次及控件个数
通过Hierarchy Viewer工具查看布局层级，及Measure、Layout、Draw的耗时情况
使用约束布局替换原有布局，以减少层级

2.4 使用GPU配置渲染工具

打开设备的GPU配置渲染工具——》在屏幕上显示为条形图，可以协助我们定位UI渲染问题。
GPU配置渲染工具虽然可以定位出问题发生在某个步骤，但是并不能定位到具体的某一行；当我们定位到某
个步骤之后可以使用工具TraceView进行更加详细的定位。

2.5 其他优化方案

使用标签，Merge减少嵌套层次、ViewStub延迟初始化。

参考链接

3 内存优化

内存优化，即对出现内存的问题进行解决。Android中常见的内存问题包括：

内存泄露
内存溢出
内存抖动

3.1 内存泄露

内存泄露的本质，即短生命周期的对象被长生命周期对象引用，导致不能被回收。
解决方案：

集成LeakCanary，可以方便的定位出90%的内存泄漏问题；
单例中使用applicationContext，可解决大部分因为context导致的内存泄露问题
及时关闭IO、关闭数据库cursor、释放Bitmap（bitmap.recycle()）、Handler中使用弱引用获取activity实例

3.2内存溢出

Android系统的每个进程都有一个最大内存限制，如果申请的内存资源超过这个限制，系统就会抛出OOM错误。
解决方案：

避免内存泄露，内存泄漏的存在可能导致可用内存越来越少
对内存的状态进行监听，在Activity中覆写此方法，根据不同的case进行不同的处理

@Override
    public void onTrimMemory(int level) { //level有多个值，具体略
        super.onTrimMemory(level);
    }

3.3 内存抖动

大量的对象被创建又在短时间内马上被释放，导致内存使用量上下波动。
瞬间产生大量的对象会严重占用Young Generation的内存区域，当达到阀值，剩余空间不够的时候，也会触发GC。
系统花费在GC上的时间越多，进行界面绘制或流音频处理的时间就越短。即使每次分配的对象占用了很少的内存，但是他们叠加在一起会增加Heap的压力，从而触发更多其他类型的GC。
GC操作有可能会影响到帧率，并使得用户感知到性能问题。

解决方案：

避免在循环中创建临时对象
避免在onDraw方法中创建Paint或Bitmap对象
避免在onDraw方法中做耗时操作

4 卡顿

出现卡顿的原因：当界面刷新无法保证60fps时，导致丢帧的情况，给用户的感知就是卡顿。
出现卡顿的情况：

UI线程中的耗时操作，UI线程中有I/O读写、数据库访问等耗时操作
复杂、不合理的布局以及OverDraw
内存使用异常导致的卡顿
错误的异步方式，涉及到线程优先级策略

解决方案：

StickMode：是一个类，需要嵌入到代码中。当违规操作发生时，可以根据自定义的策略记录下Log或者Crash，以便于跟踪改善。
TraceView：通过.trace文件，不仅能看出每个方法消耗的时间、发生次数，并且可以进行排序，直接从最耗时的方法开始处优化；
BlockCanary：自动监测卡顿的第三方工具，可以收集到卡顿的堆栈信息
链接

5 ANR

5.1 ANR的分类：

KeyDispatchTimeout –按键或触摸事件在特定时间内无响应；
BroadcastTimeout –BroadcastReceiver在特定时间内无法处理完成；
ServiceTimeout –Service在特定的时间内无法处理完成；

5.2 ANR的发生原因：

应用自身引起，如：主线程阻塞、IOWait等；
其他进程间接引起，如：
①当前应用进程进行进程间通信请求其他进程，其他进程的操作长时间没有反馈；
②其他进程的CPU占用率高，使得当前应用进程无法抢占到CPU时间片；

5.3 ANR日志分析：

当发生ANR的时候Logcat中会出现提示

04-06 15:58:46.215 23480-23483/com.example.testanr I/art: Thread[2,tid=23483,WaitingInMainSignalCatcherLoop,Thread*=0x7fa2307000,peer=0x12cb40a0,"Signal Catcher"]: reacting to signal 3
04-06 15:58:46.364 23480-23483/com.example.testanr I/art: Wrote stack traces to '/data/anr/traces.txt'

ANR的Log信息保存在：/data/anr/traces.txt，每一次新的ANR发生，会把之前的ANR信息覆盖掉。如：

04-01 13:12:11.572 I/InputDispatcher( 220): Application is not responding:Window{2b263310com.android.email/com.android.email.activity.SplitScreenActivitypaused=false}.
5009.8ms since event, 5009.5ms since waitstarted
04-0113:12:11.572 I/WindowManager( 220): Input event 
dispatching timedout sending 
tocom.android.email/com.android.email.activity.SplitScreenActivity

04-01 13:12:14.123 I/Process( 220): Sending signal. PID: 21404 SIG:3---发生ANR的时间和生成trace.txt的时间
04-01 13:12:14.123 I/dalvikvm(21404):threadid=4: reacting to signal 3 ……
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): ANR in com.android.email(com.android.email/.activity.SplitScreenActivity)
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): Reason:keyDispatchingTimedOut  -----ANR的类型
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): Load: 8.68 / 8.37 / 8.53 --CPU的负载情况
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): CPUusage from 4361ms to 699ms ago ----CPU在ANR发生前的使用情况；备注：这个ago，是发生前一段时间的使用情况，不是当前时间点的使用情况；

04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 5.5%21404/com.android.email: 1.3% user + 4.1% kernel / faults:
10 minor
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 4.3%220/system_server: 2.7% user + 1.5% kernel / faults: 11
minor 2 major
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 0.9%52/spi_qsd.0: 0% user + 0.9% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 0.5%65/irq/170-cyttsp-: 0% user + 0.5% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 0.5%296/com.android.systemui: 0.5% user + 0% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 100%TOTAL: 4.8% user + 7.6% kernel + 87% iowait----注意这行：注意87%的iowait
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): CPUusage from 3697ms to 4223ms later:-- ANR后CPU的使用量
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 25%21404/com.android.email: 25% user + 0% kernel / faults: 191 minor
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 16% 21603/__eas(par.hakan: 16% user + 0% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 7.2% 21406/GC: 7.2% user + 0% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 1.8% 21409/Compiler: 1.8% user + 0% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 5.5%220/system_server: 0% user + 5.5% kernel / faults: 1 minor
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 5.5% 263/InputDispatcher: 0% user + 5.5% kernel
04-0113:12:15.872 E/ActivityManager( 220): 32%TOTAL: 28% user + 3.7% kernel

从Logcat中可以得到以下信息：

导致ANR的包名（com.android.emai），类名（com.android.email.activity.SplitScreenActivity），进程PID（21404）
导致ANR的原因：keyDispatchingTimedOut
系统中活跃进程的CPU占用率，关键的一句：100%TOTAL: 4.8% user + 7.6% kernel + 87% iowait；表示CPU占用满负荷了，其中绝大数是被iowait即I/O操作占用了。我们就可以大致得出是io操作导致的ANR。

注：并不是所有的ANR类型都有章可循，很多偶发的ANR受限于当时发生的环境或者系统Bug；因此对ANR，更应该强调预防而不是分析

5.4 ANR触发场景

InputDispatching Timeout ：输入事件分发超时5s未响应完毕；
BroadcastQueue Timeout ：前台广播在10s内、后台广播在20秒内未执行完成；
Service Timeout ：前台服务在20s内、后台服务在200秒内未执行完成；
ContentProvider Timeout ：内容提供者,在publish过超时10s；

链接

6 网络优化

如果不正确的使用网络，可能带来一些问题，包括：

流量耗费：过多以及没有经过处理的网络请求，会消耗用户的网络流量。
电量消耗：与第一条流量消耗类似，耗电也会导致用户最终的卸载。
用户体验差：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。

解决方案：
网络优化主要从三个方面进行：1. 速度；2. 成功率；3. 流量。

Gzip压缩：HTTP协议上的Gzip编码是一种用来改进WEB应用程序性能的技术，用来减少传输数据量大小。即可以减少流量消耗、减少传输时间
IP直连与HttpDns：
①DNS解析的失败率占联网失败中很大一种，而且首次域名解析一般需要几百毫秒。针对此，我们可以不用域名，才用IP直连省去 DNS 解析过程，节省这部分时间。
②HttpDns：HttpDNS基于Http协议的域名解析，替代了基于DNS协议向运营商Local DNS发起解析请求的传统方式，可以避免Local DNS造成的域名劫持和跨网访问问题，解决域名解析异常带来的困扰。
图片处理：
①通过webP格式可以使图片大小减少
②使用缩略图
③图片上传时使用分片传输，并设置重传机制
协议层的优化：Http1.1版本引入了“持久连接”，多个请求被复用，无需重建TCP连接，而TCP连接在移动互联网的场景下成本很高，节省了时间与资源；
合并多个请求：合并网络请求，减少请求次数。对于一些接口类如统计，无需实时上报，将统计信息保存在本地，然后根据策略统一上传。这样头信息仅需上传一次，减少了流量也节省了资源。
网络缓存：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。
链接

7 电量优化

电量优化的一般套路：

在设置-电量里查看App的耗电情况；
使用Battery Historian进行分析，这是分析里最重要的一步；
针对分析结果，参照优化方式进行优化。
详情见链接

8 Apk瘦身

8.1 代码瘦身

移除无用代码、功能；
移除无用的库、避免功能雷同的库；
启用Proguard；
缩减方法数；

8.2 资源瘦身

移除无用的资源文件；
Drawable目录只保留一份资源；
对图片进行压缩；
PNG转换JPG；
使用矢量图；
使用WebP；
资源混淆；
资源在线化；

8.3 So瘦身

针对用户机型分布保留特定架构的So；当前主流手机都是使用arm64-v8a(第 8 代、64 位 ARM 处理器)，因此在实际开发中，进行如下配置即可：快速解决适配 64 位 App 的一个痛点

android {
      defaultConfig {
            ndk {
                    abiFilters 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a'
            }
     }
}

链接

9 正确的异步姿势

参考

Android应用开发岗面试汇总-性能优化篇

背景

1 启动速度优化

1.1 替换Application的主题

1.2 代码逻辑优化

1.3 使用耗时统计工具

1.4 冷启动耗时统计

1.4.1 adb命令 :

1.4.2 系统日志 :

2 布局优化

2.1 帧率，丢帧

2.2 过渡绘制

2.3 过渡绘制优化方案

2.4 使用GPU配置渲染工具

2.5 其他优化方案

3 内存优化

3.1 内存泄露

3.2内存溢出

3.3 内存抖动

4 卡顿

5 ANR

5.1 ANR的分类：

5.2 ANR的发生原因：

5.3 ANR日志分析：

5.4 ANR触发场景

6 网络优化

7 电量优化

8 Apk瘦身

8.1 代码瘦身

8.2 资源瘦身

8.3 So瘦身

9 正确的异步姿势

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1.4.1 adb命令 :

1.4.2 系统日志 :

2 布局优化

2.1 帧率，丢帧

2.2 过渡绘制

2.3 过渡绘制优化方案

2.4 使用GPU配置渲染工具

2.5 其他优化方案

3 内存优化

3.1 内存泄露

3.2内存溢出

3.3 内存抖动

4 卡顿

5 ANR

5.1 ANR的分类：

5.2 ANR的发生原因：

5.3 ANR日志分析：

5.4 ANR触发场景

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