Android性能优化整理

高质量的应用目标：快、稳、省、小

• 快：使用时避免出现卡顿，响应速度快，减少用户等待的时间，满足用户期望。

• 稳：减低 crash 率和 ANR 率，不要在用户使用过程中崩溃和无响应。

• 省：节省流量和耗电，减少用户使用成本，避免使用时导致手机发烫。

• 小：安装包小可以降低用户的安装成本

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1. 卡顿优化

归根结底：现实问题

Android系统显示原理

应用层绘制好后，通过跨进程通信把需要的数据传递到系统层，通过系统层的SurfaceFlinger把数据渲染到显示屏幕上，通过Android的刷新机制来刷新数据。

应用层

• View绘制核心步骤：Measure、Layout、Draw
• 从 ViewRootImp类的performTraversals() 方法开始执行，Measure和Layout都是通过递归来获取View的大小和位置，并且以深度作为优先级，层级越深、元素越多、耗时也就越长。

绘制方式

• 软件绘制（CPU）
• 硬件加速（GPU,3.0后全面支持）

应用层GPU绘制缺点：

1. 耗电
   GPU功耗比CPU高

2. 兼容问题
   某些接口和函数不支持硬件加速

3. 内存大
   使用OpenGL接口至少需要8MB内存

绘制过程

• CPU准备数据，通过Driver层把数据交给CPU渲染
• CPU主要负责Measure、Layout、Record、Execute的数据计算工作
  GPU负责栅格化(Rasterization)、渲染
• 图形API不允许CPU直接与GPU进行通信，通过图形驱动层(Graphics Driver)来连接这两部分
• 图形驱动层维护了一个队列，CPU把display list 添加到队列中，GPU从中取出数据进行绘制，最终显示。

系统层

通过系统级进程中的SurfaceFlinger服务来真正把需要显示的数据渲染到屏幕上

• 响应客户端事件，创建Layer与客户端的Surface建立连接。

• 接收客户端数据及属性，修改Layer属性，如尺寸、颜色、透明度等。

• 将创建的Layer内容刷新到屏幕上。

• 维持Layer的序列，并对Layer最终输出做出裁剪计算。

• 应用层绘制到缓存区，SurfaceFlinger把缓存区数据渲染到屏幕，由于是不同的进程，所以使用Android的匿名共享内存SharedClient缓存需要显示的数据来达到目的。

• FPS表示每秒传递的帧数。Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染。主要场景执行动画或滑动ListView。

• CPU或GPU负载过重，布局过于复杂，16ms不能进行渲染，UI层叠太多，动画执行次数过多，刷新不及时等容易丢帧。

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刷新机制

双缓冲

Framebuffer带来残影问题

VSYNC（Vertical Synchronization）

CPU主动查询保证数据是否准备好，效率低
定时中断，收到信号，CPU处理各帧数据

Choreographer：起调度作用

收到VSYNC信号，调用用户设置的回调函数

• CALLBACK_INPUT : 输入事件有关
• CALLBACK_ANIMATION : 与动画有关
• CALLBACK_TRAVERSAL : UI控件绘制有关

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卡顿根本原因

1. 绘制任务太重，绘制一帧内容耗时太长
2. 主线程太忙，根据系统传递过来的VSYNC信号来时还没准备好数据导致丢帧。

主线程主要做以下几个方面工作

• UI生命周期控制
• 系统事件处理
• 消息处理
• 界面布局
• 界面绘制
• 界面刷新
• 除此之外，应该尽量避免将其他处理放在主线程中，特别复杂的数据计算和网络请求等。

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性能分析工具

1. Profile GPU Rendering

• 一个图形监测工具，能实时反应当前绘制的耗时

• 横轴表示时间，纵轴表示每一帧的耗时

• 随着时间推移，从左到右的刷新呈现

• 提供一个标准的耗时，如果高于标准耗时，就表示当前这一帧丢失

• 可以通过adb shell dumpsys gfxinfo com..把具体耗时输出到日志来进行查看分析

2. TraceView

• TraceView是Android SDK自带的工具，用来分析函数调用过程，可以对Android的应用程序以及Framework层的代码进行性能分析。

• 它是一个图形化的工具，最终会产生一个图表，用于对性能分析进行说明，可以分析到每一个方法的执行时间，其中可以统计出该方法调用次数和递归次数，实际时长等参数维度，使用非常直观，分析性能非常方便。

3. Systrace

• Systrace是Android 4.1及以上版本提供的性能数据采样和分析工具，它是通过系统的角度来返回一些信息。

• 它可以帮助开发者收集Android关键子系统，如Surfaceflinger、WindowManagerService等Framework部分关键模块、服务、View系统等运行信息，从而帮助开发者更直观地分析系统瓶颈，改进性能。

• Systrace的功能包括跟踪系统的I/O操作、内核工作队列、CPU负载等，在UI显示性能分析上提供很好的数据，特别是在动画播放不流畅、渲染卡等问题上。

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卡顿优化建议

1 布局优化（HieracrchyViewer&Lint）

• 减少层级。
• 合理使用RelativeLayout和LinerLayout，合理使用Merge。
• 提高显示速度。
• 使用ViewStub。
• 布局复用。
• 通过标签来提高复用。
• 尽可能少用wrap_content。
• 增加布局measure时计算成本，在已知宽高为固定值时，不用wrap_content
• 删除控件中无用的属性。

2 避免过度绘制

过度绘制
在屏幕上的某个像素在同一帧的时间内被绘制了多次，从而浪费了多余的CPU以及GPU。

布局上的优化：

• 移除XML中非必须的背景
• 移除Window默认的背景
• 按需显示占位背景图片

自定义View优化：
使用 canvas.clipRect()来帮助系统识别那些可见的区域，只有在这个区域内才会被绘制。

开发者选项：调试GPU过度重绘

• 无色：1
• 蓝色：1+
• 绿色：2+
• 淡红：3+（不超过1/4屏可接受）
• 深红：4++（严重影响性能，需优化）

3 启动优化

• 通过对启动速度的监控，发现影响启动速度的问题所在，优化启动逻辑，提高应用的启动速度。

• 启动主要完成三件事：
  UI布局
  绘制
  数据准备

• UI布局。
  应用一般都有闪屏页，优化闪屏页的UI布局，可以通过Profile GPU Rendering检测丢帧情况。使用HierarchyView检查布局优化

• 启动加载逻辑优化。
  可以采用分布加载、异步加载、延期加载策略来提高应用启动速度。

• 数据准备。
  数据初始化分析，加载数据可以考虑用线程初始化等策略。

4 合理的刷新机制

• 频繁刷新会增加资源开销，并且可能导致卡顿发生,因此：

• 尽量减少刷新次数。

• 尽量避免后台有高的CPU线程运行。

• 缩小刷新区域。

5 提升动画性能

• 帧动画：一组图片按顺序显示。图片过多，消耗资源，效果最差。

• 补间动画：只需要定义开始和结束关键帧，之间效果自动生成。
  局限性：
  只能用于View对象，只有继承于View或View的控件；
  只有四种动画：淡入淡出、缩放、平移、旋转。
  只改变了显示效果，没有改变真正属性。

• 属性动画：可以应用于View，和任何对象。持续时间、时间插值、重复次数行为、动画系和、帧刷新延迟。相对于不见动画，重绘少，性能更佳。

• 在实现动画效果时，需要根据不同场景选择合适的动画框架来实现。有些情况下，可以用硬件加速方式来提供流畅度。

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2. 内存优化

Android内存管理机制

• Android应用都是在 Android的虚拟机上运行，应用程序的内存分配与垃圾回收都是由虚拟机完成的。

• 在Android系统，虚拟机有两种运行模式：Dalvik和ART。

工具1 Memory Monitor

Memory Monitor是一款使用非常简单的图形化工具，可以很好地监控系统或应用的内存使用情况，主要有以下功能：

• 显示可用和已用内存，并且以时间为维度实时反应内存分配和回收情况。

• 快速判断应用程序的运行缓慢是否由于过度的内存回收导致。

• 快速判断应用是否由于内存不足导致程序崩溃。

工具2 Heap Viewer

Heap Viewer的主要功能是查看不同数据类型在内存中的使用情况，可以看到当前进程中的Heap Size的情况，分别有哪些类型的数据，以及各种类型数据占比情况。通过分析这些数据来找到大的内存对象，再进一步分析这些大对象，进而通过优化减少内存开销，也可以通过数据的变化发现内存泄漏。

工具3 Allocation Tracker

Memory Monitor和Heap Viewer都可以很直观且实时地监控内存使用情况，还能发现内存问题，但发现内存问题后不能再进一步找到原因，或者发现一块异常内存，但不能区别是否正常，同时在发现问题后，也不能定位到具体的类和方法。这时就需要使用另一个内存分析工具Allocation Tracker，进行更详细的分析，Allocation Tracker可以分配跟踪记录应用程序的内存分配，并列出了它们的调用堆栈，可以查看所有对象内存分配的周期。

工具4 Memory Analyzer Tool(MAT)

MAT是一个快速，功能丰富的Java Heap分析工具，通过分析Java进程的内存快照HPROF分析，从众多的对象中分析，快速计算出在内存中对象占用的大小，查看哪些对象不能被垃圾收集器回收，并可以通过视图直观地查看可能造成这种结果的对象。

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常见内存泄漏场景

• 资源性对象未关闭。比如Cursor、File文件等，往往都用了一些缓冲，在不使用时，应该及时关闭它们。

• 注册对象未注销。比如事件注册后未注销，会导致观察者列表中维持着对象的引用。

• 类的静态变量持有大数据对象。

• 非静态内部类的静态实例。

• Handler临时性内存泄漏。如果Handler是非静态的，容易导致Activity或Service不会被回收。

• 容器中的对象没清理造成的内存泄漏。

• WebView。WebView存在着内存泄漏的问题，在应用中只要使用一次WebView，内存就不会被释放掉。

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LeakCanary 第三方开源库

这是一个检测内存泄漏的开源库，可以在发生内存泄漏时告警，并且生成leak tarce分析泄漏位置，同时可以提供Dump文件进行分析。

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优化内存空间

• 对象引用。
  强引用、软引用、弱引用、虚引用四种引用类型，根据业务需求合理使用不同，选择不同的引用类型。

• 减少不必要的内存开销。
  注意自动装箱，增加内存复用，比如有效利用系统自带的资源、视图复用、对象池、Bitmap对象的复用。

• 使用最优的数据类型。
  比如针对数据类容器结构，可以使用ArrayMap数据结构，避免使用枚举类型，使用缓存Lrucache等等。

• 图片内存优化。
  可以设置位图规格，根据采样因子做压缩，用一些图片缓存方式对图片进行管理等等。

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3. 稳定性优化

• 提高代码质量。比如开发期间的代码审核，看些代码设计逻辑，业务合理性等。

• 代码静态扫描工具。常见工具有Android Lint、Findbugs、Checkstyle、PMD等等。

• Crash监控。把一些崩溃的信息，异常信息及时地记录下来，以便后续分析解决。

• Crash上传机制。在Crash后，尽量先保存日志到本地，然后等下一次网络正常时再上传日志信息。

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4. 耗电优化

• 5.0之后专门引入了一个获取设备上电量消耗信息的API:Battery Historian。一款由Google提供的Android系统电量图形化数据分析工具，直观地展示出手机的电量消耗过程，通过输入电量分析文件，显示消耗情况，最后提供一些可供参考电量优化的方法。

• 计算优化，避开浮点运算等。

• 避免WakeLock使用不当。
  休眠意味着CPU频率降低，需要做一些需要大量运算的任务时，所以需要唤醒CPU

• 使用JobScheduler

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5. 安装包大小瘦身

• 代码混淆。
  使用ProGuard代码混淆器工具，它包括压缩、优化、混淆等功能。
• 资源优化。
  比如使用Android Lint删除冗余资源，资源文件最少化等。
• 图片优化。
  比如利用AAPT工具对PNG格式的图片做压缩处理，降低图片色彩位数等。
• 避免重复功能的库，使用WebP图片格式等。
• 插件化。
  比如功能模块放在服务器上，按需下载，可以减少安装包大小。

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