Google 针对android的一些性能优化

作者: Android乘客端Team | 来源:发表于2016-05-25 14:15 被阅读923次

Google 2015年出的android性能优化典范，很好，很实用，下面挑一些给大家分享一下，也可以用在自己的app里，提升自己app的性能....

1，Battery Drain and Networking

对于手机程序，网络操作相对来说是比较耗电的行为。优化网络操作能够显著节约电量的消耗。手机硬件的各个模块的耗电量是不一样的，其中移动蜂窝模块对电量消耗是比较大的，另外蜂窝模块在不同工作强度下，对电量的消耗也是有差异的。当程序想要执行某个网络请求之前，需要先唤醒设备，然后发送数据请求，之后等待返回数据，最后才慢慢进入休眠状态。这个流程如下图所示：

在上面那个流程中，蜂窝模块的电量消耗差异如下图所示：

从图示中可以看到，激活瞬间，发送数据的瞬间，接收数据的瞬间都有很大的电量消耗，所以，我们应该从如何传递网络数据以及何时发起网络请求这两个方面来着手优化。

1.1) 何时发起网络请求

首先我们需要区分哪些网络请求是需要及时返回结果的，哪些是可以延迟执行的。例如，用户主动下拉刷新列表，这种行为需要立即触发网络请求，并等待数据返回。但是对于上传用户操作的数据，同步程序设置等等行为则属于可以延迟的行为。我们可以通过Battery Historian这个工具来查看关于移动蜂窝模块的电量消耗。在Mobile Radio那一行会显示蜂窝模块的电量消耗情况，红色的部分代表模块正在工作，中间的间隔部分代表模块正在休眠状态，如果看到有一段区间，红色与间隔频繁的出现，那就说明这里有可以优化的行为。如下图所示：

对于上面可以优化的部分，我们可以有针对性的把请求行为捆绑起来，延迟到某个时刻统一发起请求。如下图所示：

经过上面的优化之后，我们再回头使用Battery Historian导出电量消耗图，可以看到唤醒状态与休眠状态是连续大块间隔的，这样的话，总体电量的消耗就会变得更少。

当然，我们甚至可以把请求的任务延迟到手机网络切换到WiFi，手机处于充电状态下再执行。在前面的描述过程中，我们会遇到的一个难题是如何把网络请求延迟，并批量进行执行。

1.2) 如何传递网络数据

关于这部分主要会涉及到Prefetch（预取）与Compressed（压缩）这两个技术。对于Prefetch的使用，我们需要预先判断用户在此次操作之后，后续零散的请求是否很有可能会马上被触发，可以把后面5分钟有可能会使用到的零散请求都一次集中执行完毕。对于Compressed的使用，在上传与下载数据之前，使用CPU对数据进行压缩与解压，可以很大程度上减少网络传输的时间。

想要知道我们的应用程序中网络请求发生的时间，每次请求的数据量等等信息，可以通过Android Studio中的Networking Traffic Tool来查看详细的数据，如下图所示：

2) Wear & Sensors

在Android Wear上会大量的使用Sensors来实现某些特殊功能，如何在尽量节约电量的前提下利用好Sensor会是我们需要特别注意的问题。下面会介绍一些在Android Wear上的最佳实践典范。

尽量减少刷新请求，例如我们可以在不需要某些数据的时候尽快注销监听，减小刷新频率，对Sensor的数据做批量处理等等。那么如何做到这些优化呢？

首先我们需要尽量使用Android平台提供的既有运动数据，而不是自己去实现监听采集数据，因为大多数Android Watch自身记录Sensor数据的行为是有经过做电量优化的。

其次在Activity不需要监听某些Sensor数据的时候需要尽快释放监听注册。

还有我们需要尽量控制更新的频率，仅仅在需要刷新显示数据的时候才触发获取最新数据的操作。

另外我们可以针对Sensor的数据做批量处理，待数据累积一定次数或者某个程度的时候才更新到UI上。

最后当Watch与Phone连接起来的时候，可以把某些复杂操作的事情交给Phone来执行，Watch只需要等待返回的结果。

3) Smooth Android Wear Animation

Android Material Design风格的应用采用了大量的动画来进行UI切换，优化动画的性能不仅能够提升用户体验还可以减少电量的消耗，下面会介绍一些简单易行的方法。

在Android里面一个相对操作比较繁重的事情是对Bitmap进行旋转，缩放，裁剪等等。例如在一个圆形的钟表图上，我们把时钟的指针抠出来当做单独的图片进行旋转会比旋转一张完整的圆形图的所形成的帧率要高56%。

另外尽量减少每次重绘的元素可以极大的提升性能，假如某个钟表界面上有很多需要显示的复杂组件，我们可以把这些组件做拆分处理，例如把背景图片单独拎出来设置为一个独立的View，通过setLayerType()方法使得这个View强制用Hardware来进行渲染。至于界面上哪些元素需要做拆分，他们各自的更新频率是多少，需要有针对性的单独讨论。

对于大多数应用中的动画，我们会使用PropertyAnimation或者ViewAnimation来操作实现，Android系统会自动对这些Animation做一定的优化处理，在Android上面学习到的大多数性能优化的知识同样也适用于Android Wear。

2，枚举

在StackOverFlow等问答社区常常出现关于在Android系统里面使用枚举类型的性能讨论，关于这一点，Android官方的Training课程里面有下面这样一句话：

关于enum的效率，请看下面的讨论。假设我们有这样一份代码，编译之后的dex大小是2556 bytes，在此基础之上，添加一些如下代码，这些代码使用普通static常量相关作为判断值：

增加上面那段代码之后，编译成dex的大小是2680 bytes，相比起之前的2556 bytes只增加124 bytes。假如换做使用enum，情况如下：

使用enum之后的dex大小是4188 bytes，相比起2556增加了1632 bytes，增长量是使用static int的13倍。不仅仅如此，使用enum，运行时还会产生额外的内存占用，如下图所示：

Android官方强烈建议不要在Android程序里面使用到enum。

3,Fun with ArrayMaps

程序内存的管理是否合理高效对应用的性能有着很大的影响，有的时候对容器的使用不当也会导致内存管理效率低下。Android为移动操作系统特意编写了一些更加高效的容器，例如SparseArray，今天要介绍的是一个新的容器，叫做ArrayMap。

我们经常会使用到HashMap这个容器，它非常好用，但是却很占用内存。下图演示了HashMap的简要工作原理：

为了解决HashMap更占内存的弊端，Android提供了内存效率更高的ArrayMap。它内部使用两个数组进行工作，其中一个数组记录key hash过后的顺序列表，另外一个数组按key的顺序记录Key-Value值，如下图所示：

当你想获取某个value的时候，ArrayMap会计算输入key转换过后的hash值，然后对hash数组使用二分查找法寻找到对应的index，然后我们可以通过这个index在另外一个数组中直接访问到需要的键值对。如果在第二个数组键值对中的key和前面输入的查询key不一致，那么就认为是发生了碰撞冲突。为了解决这个问题，我们会以该key为中心点，分别上下展开，逐个去对比查找，直到找到匹配的值。如下图所示：

随着数组中的对象越来越多，查找访问单个对象的花费也会跟着增长，这是在内存占用与访问时间之间做权衡交换。

既然ArrayMap中的内存占用是连续不间断的，那么它是如何处理插入与删除操作的呢？请看下图所示，演示了Array的特性：

很明显，ArrayMap的插入与删除的效率是不够高的，但是如果数组的列表只是在一百这个数量级上，则完全不用担心这些插入与删除的效率问题。HashMap与ArrayMap之间的内存占用效率对比图如下：

与HashMap相比，ArrayMap在循环遍历的时候也更加简单高效，如下图所示：

前面演示了很多ArrayMap的优点，但并不是所有情况下都适合使用ArrayMap，我们应该在满足下面2个条件的时候才考虑使用ArrayMap：

对象个数的数量级最好是千以内；

数据组织形式包含Map结构。

4,自动装箱

有时候性能问题也可能是因为那些不起眼的小细节引起的，例如在代码中不经意的“自动装箱”。我们知道基础数据类型的大小：boolean(8 bits), int(32 bits), float(32 bits)，long(64 bits)，为了能够让这些基础数据类型在大多数Java容器中运作，会需要做一个autoboxing的操作，转换成Boolean，Integer，Float等对象，如下演示了循环操作的时候是否发生autoboxing行为的差异：

Autoboxing的行为还经常发生在类似HashMap这样的容器里面，对HashMap的增删改查操作都会发生了大量的autoboxing的行为。

为了避免这些autoboxing带来的效率问题，Android特地提供了一些如下的Map容器用来替代HashMap，不仅避免了autoboxing，还减少了内存占用：

5，To Index or Iterate?

遍历容器是编程里面一个经常遇到的场景。在Java语言中，使用Iterate是一个比较常见的方法。可是在Android开发团队中，大家却尽量避免使用Iterator来执行遍历操作。下面我们看下在Android上可能用到的三种不同的遍历方法：

使用上面三种方式在同一台手机上，使用相同的数据集做测试，他们的表现性能如下所示：

从上面可以看到for index的方式有更好的效率，但是因为不同平台编译器优化各有差异，我们最好还是针对实际的方法做一下简单的测量比较好，拿到数据之后，再选择效率最高的那个方式。

6，Lint

Lint是Android提供的一个静态扫描应用源码并找出其中的潜在问题的一个强大的工具。

例如，如果我们在onDraw方法里面执行了new对象的操作，Lint就会提示我们这里有性能问题，并提出对应的建议方案。Lint已经集成到Android Studio中了，我们可以手动去触发这个工具，点击工具栏的Analysis -> Inspect Code，触发之后，Lint会开始工作，并把结果输出到底部的工具栏，我们可以逐个查看原因并根据指示做相应的优化修改。

Lint的功能非常强大，他能够扫描各种问题。当然我们可以通过Android Studio设置找到Lint，对Lint做一些定制化扫描的设置，可以选择忽略掉那些不想Lint去扫描的选项，我们还可以针对部分扫描内容修改它的提示优先级。

7,Double Layout Taxation

布局中的任何一个View一旦发生一些属性变化，都可能引起很大的连锁反应。例如某个button的大小突然增加一倍，有可能会导致兄弟视图的位置变化，也有可能导致父视图的大小发生改变。当大量的layout()操作被频繁调用执行的时候，就很可能引起丢帧的现象。

例如，在RelativeLayout中，我们通常会定义一些类似alignTop，alignBelow等等属性，如图所示：

为了获得视图的准确位置，需要经过下面几个阶段。首先子视图会触发计算自身位置的操作，然后RelativeLayout使用前面计算出来的位置信息做边界的调整的操作，如下面两张图所示：

经历过上面2个步骤，relativeLayout会立即触发第二次layout()的操作来确定所有子视图的最终位置与大小信息。

除了RelativeLayout会发生两次layout操作之外，LinearLayout也有可能触发两次layout操作，通常情况下LinearLayout只会发生一次layout操作，可是一旦调用了measureWithLargetChild()方法就会导致触发两次layout的操作。另外，通常来说，GridLayout会自动预处理子视图的关系来避免两次layout，可是如果GridLayout里面的某些子视图使用了weight等复杂的属性，还是会导致重复的layout操作。

如果只是少量的重复layout本身并不会引起严重的性能问题，但是如果它们发生在布局的根节点，或者是ListView里面的某个ListItem，这样就会引起比较严重的性能问题。如下图所示：

我们可以使用Systrace来跟踪特定的某段操作，如果发现了疑似丢帧的现象，可能就是因为重复layout引起的。通常我们无法避免重复layout，在这种情况下，我们应该尽量保持View Hierarchy的层级比较浅，这样即使发生重复layout，也不会因为布局的层级比较深而增大了重复layout的倍数。另外还有一点需要特别注意，在任何时候都请避免调用requestLayout()的方法，因为一旦调用了requestLayout，会导致该layout的所有父节点都发生重新layout的操作。