Android APP 性能优化的一些思考

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Android APP 性能优化的一些思考

技术小能手 2018-09-12 13:38:41 浏览2254
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说到 Android 系统手机,大部分人的印象是用了一段时间就变得有点卡顿,有些程序在运行期间莫名其妙的出现崩溃,打开系统文件夹一看,发现多了很多文件,然后用手机管家 APP 不断地进行清理优化 ,才感觉运行速度稍微提高了点,就算手机在各种性能跑分软件面前分数遥遥领先,还是感觉无论有多大的内存空间都远远不够用。相信每个使用 Android 系统的用户都有过以上类似经历,确实,Android 系统在流畅性方面不如 IOS 系统,为何呢,明明在看手机硬件配置上时,Android 设备都不会输于 IOS 设备,甚至都强于它,关键是在于软件上。造成这种现象的原因是多方面的,简单罗列几点如下:

     • 其实近年来,随着 Android 版本不断迭代,Google 提供的Android 系统已经越来越流畅,目前最新发布的版本是 Android 8.0 Oreo 。但是在国内大部分用户用的 Android 手机系是各大厂商定制过的版本,往往不是最新的原生系统内核,可能绝大多数还停留在 Android 5.0 系统上,甚至 Android 6.0 以上所占比例还偏小,更新存在延迟性。

     • 由于 Android 系统源码是开放的,每个人只要遵从相应的协议,就可以对源码进行修改,那么国内各个厂商就把基于 Android 源码改造成自己对外发布的系统,比如我们熟悉的小米手机 Miui 系统、华为手机 EMUI 系统、Oppo 手机 ColorOS 系统等。由于每个厂商都 修改过 Android 原生系统源码,这里面就会引发一个问题,那就是著名的Android 碎片化问题,本质就是不同 Android 系统的应用兼容性不同,达不到一致性。

     • 由于存在着各种 Android 碎片化和兼容性问题,导致 Android 开发者在开发应用时需要对不同系统进行适配,同时每个 Android 开发者的开发水平参差不齐,写出来的应用性能也都存在不同类型的问题,导致用户在使用过程中用户体验感受不同,那么有些问题用户就会转化为 Android 系统问题,进而影响对Android 手机的评价。

性能优化

今天想说的重点是Android APP 性能优化,也就是在开发应用程序时应该注意的点有哪些,如何更好地提高用户体验。一个好的应用,除了要有吸引人的功能和交互之外,在性能上也应该有高的要求,即时应用非常具有特色,在产品前期可能吸引了部分用户,但是用户体验不好的话,也会给产品带来不好的口碑。那么一个好的应用应该如何定义呢?主要有以下三方面:

     • 业务/功能

     • 符合逻辑的交互

     • 优秀的性能

众所周知,Android 系统作为以移动设备为主的操作系统,硬件配置是有一定的限制的,虽然配置现在越来越高级,但仍然无法与 PC 相比,在 CPU 和内存上使用不合理或者耗费资源多时,就会碰到内存不足导致的稳定性问题、CPU 消耗太多导致的卡顿问题等。

面对问题时,大家想到的都是联系用户,然后查看日志,但殊不知有关性能类问题的反馈,原因也非常难找,日志大多用处不大,为何呢?因为性能问题大部分是非必现的问题,问题定位很难复现,而又没有关键的日志,当然就无法找到原因了。这些问题非常影响用户体验和功能使用,所以了解一些性能优化的一些解决方案就显得很重要了,并在实际的项目中优化我们的应用,进而提高用户体验。

四个方面

可以把用户体验的性能问题主要总结为4个类别:

     • 流畅

     • 稳定

     • 省电、省流量

     • 安装包小

性能问题的主要原因是什么,原因有相同的,也有不同的,但归根到底,不外乎内存使用、代码效率、合适的策略逻辑、代码质量、安装包体积这一类问题

打造一个高质量的应用应该以4个方向为目标: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。

要想达到这4个目标,具体实现是在右边框里的问题:卡顿、内存使用不合理、代码质量差、代码逻辑乱、安装包过大,这些问题也是在开发过程中碰到最多的问题,在实现业务需求同时,也需要考虑到这点,多花时间去思考,如何避免功能完成后再来做优化,不然的话等功能实现后带来的维护成本会增加。

卡顿优化

卡顿根本原因

根据Android 系统显示原理可以看到,影响绘制的根本原因有以下两个方面:

     • 绘制任务太重,绘制一帧内容耗时太长。

     • 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。

绘制耗时太长,有一些工具可以帮助我们定位问题。主线程太忙则需要注意了,主线程关键职责是处理用户交互,在屏幕上绘制像素,并进行加载显示相关的数据,所以特别需要避免任何主线程的事情,这样应用程序才能保持对用户操作的即时响应。总结起来,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。

1.布局优化

布局是否合理主要影响的是页面测量时间的多少,我们知道一个页面的显示测量和绘制过程都是通过递归来完成的,多叉树遍历的时间与树的高度h有关,其时间复杂度 O(h),如果层级太深,每增加一层则会增加更多的页面显示时间,所以布局的合理性就显得很重要。

那布局优化有哪些方法呢,主要通过减少层级、减少测量和绘制时间、提高复用性三个方面入手。总结如下:

     • 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,它是一个看不见的、不占布局位置、占用资源非常小的视图对象。

     • 布局复用。可以通过 标签来提高复用。

     • 尽可能少用wrap_content。wrap_content 会增加布局 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

过度绘制是指在屏幕上的某个像素在同一帧的时间内被绘制了多次。在多层次重叠的 UI 结构中,如果不可见的 UI 也在做绘制的操作,就会导致某些像素区域被绘制了多次,从而浪费了多余的 CPU 以及 GPU 资源。

如何避免过度绘制呢,如下:

     • 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。

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、绘制和数据准备。因此启动速度优化就是需要优化这三个过程:

     • 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。

     • 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

在应用开发过程中,因为数据的变化,需要刷新页面来展示新的数据,但频繁刷新会增加资源开销,并且可能导致卡顿发生,因此,需要一个合理的刷新机制来提高整体的 UI 流畅度。合理的刷新需要注意以下几点:

     • 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,其他

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。

内存优化

一、 Android的内存机制

    Android的程序由Java语言编写,所以Android的内存管理与Java的内存管理相似。程序员通过new为对象分配内存,所有对象在java堆内分配空间;然而对象的释放是由垃圾回收器来完成的。C/C++中的内存机制是“谁污染,谁治理”,java的就比较人性化了,给我们请了一个专门的清洁工(GC)。

二、Android的内存溢出

 Android的内存溢出是如何发生的?

 Android的虚拟机是基于寄存器的Dalvik,它的最大堆大小一般是16M,有的机器为24M。因此我们所能利用的内存空间是有限的。如果我们的内存占用超过了一定的水平就会出现OutOfMemory的错误。

为什么会出现内存不够用的情况呢?我想原因主要有两个:

     • 由于我们程序的失误,长期保持某些资源(如Context)的引用,造成内存泄露,资源造成得不到释放。

     • 保存了多个耗用内存过大的对象(如Bitmap),造成内存超出限制。

常见内存泄漏场景

如果在内存泄漏发生后再去找原因并修复会增加开发的成本,最好在编写代码时就能够很好地考虑内存问题,写出更高质量的代码,这里列出一些常见的内存泄漏场景,在以后的开发过程中需要避免这类问题。

     • 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。

优化内存空间

没有内存泄漏,并不意味着内存就不需要优化,在移动设备上,由于物理设备的存储空间有限,Android 系统对每个应用进程也都分配了有限的堆内存,因此使用最小内存对象或者资源可以减小内存开销,同时让GC 能更高效地回收不再需要使用的对象,让应用堆内存保持充足的可用内存,使应用更稳定高效地运行。常见做法如下:

     • 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。

稳定性优化

Android 应用的稳定性定义很宽泛,影响稳定性的原因很多,比如内存使用不合理、代码异常场景考虑不周全、代码逻辑不合理等,都会对应用的稳定性造成影响。其中最常见的两个场景是:Crash 和 ANR,这两个错误将会使得程序无法使用,比较常用的解决方式如下:

     • 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。

耗电优化

在移动设备中,电池的重要性不言而喻,没有电什么都干不成。对于操作系统和设备开发商来说,耗电优化一致没有停止,去追求更长的待机时间,而对于一款应用来说,并不是可以忽略电量使用问题,特别是那些被归为“电池杀手”的应用,最终的结果是被卸载。因此,应用开发者在实现需求的同时,需要尽量减少电量的消耗。

在 Android5.0 以前,在应用中测试电量消耗比较麻烦,也不准确,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。Battery Historian 是一款由 Google 提供的 Android 系统电量分析工具,和Systrace 一样,是一款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。

除此之外,还有一些常用方案可提供:

     • 计算优化,避开浮点运算等。

     • 避免 WaleLock 使用不当。

     • 使用 Job Scheduler。

小结

性能优化不是更新一两个版本就可以解决的,是持续性的需求,持续集成迭代反馈。在实际的项目中,在项目刚开始的时候,由于人力和项目完成时间限制,性能优化的优先级比较低,等进入项目投入使用阶段,就需要把优先级提高,但在项目初期,在设计架构方案时,性能优化的点也需要提早考虑进去,这就体现出一个程序员的技术功底了。

什么时候开始有性能优化的需求,往往都是从发现问题开始,然后分析问题原因及背景,进而寻找最优解决方案,最终解决问题,这也是日常工作中常会用到的处理方式。


原文发布时间为:2018-09-11

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