Android 性能优化——APP启动优化

 一、APP启动流程

        首先在《Android系统和APP启动流程》中我们介绍了 APP 的启动流程，但都是 FW 层的流程，这里我们主要分析一下在 APP 中的启动流程。要了解 APP 层的启动流程，首先要了解 APP 启动的分类。

1、启动分类

冷启动

        应用从头开始启动，即应用的首次启动。需要做大量的工做，耗费的时间最多。

热启动

        当活动有驻留在内存中，系统只是把该活动放到前台，无需重复对象初始化、布局扩充和呈现。例如按了home键，相对于冷启动，开销较低。

温启动

        用户退出应用程序，随后又从新启动，可是活动的进程是有驻留在后台的。例如按了back键退出应用。

2、生命周期

冷启动

        对于冷启动的耗时计算比较复杂，除了 Activity 本身的生命周期外，还要考虑 Application 中 onCreate 的耗时操作。所以对于冷启动来说，一般从进程创建（即 Application 的attachBaseContext 方法）开始计时，到完成视图的第一次绘制（即 Activity 的 onWindowFocusChanged 方法）停止计时。

        冷启动 Activity 生命周期：

onCreate() -> onStart() -> onResume() -> onWindowFocusChanged()

热启动

         相比于冷启动，热启动省去了 Application 的初始化，以及 Activity 的 onCreate。热启动生命周期：

Home：onPause() -> onStop()

热启动：onStart() -> onResume()

温启动 

        温启动生命周期：

Back：onPause() -> onStop() -> onDestory()

热启动：onCreate() -> onStart() -> onResume()

        可以看到温启动相比热启动，Activity 生命周期增加了一个 onCreate() 方法，在使用 Back 时也比 Home 多执行一个 onDestory()。

二、启动时间统计

1、埋点统计

        根据上面的生命周期，在不同方法中打印当前时间，通过查看 Log 计算不通启动方式的启动耗时。

2、查找Log

        通过查找 Log 关键字 Displayed 查看 APP 入口信息，即包含启动时间。

adb命令

adb logcat | grep "Displayed"

结果输出

I/ActivityManager( 384): Displayed com.test.myapp/com.test.myapp.MainActivity: 1734 ms (total 1734 ms)

3、adb命令统计

adb shell am start -W 包名/启动类的全限定名

实际使用

adb shell am start -W com.test.myapp/com.test.myapp.MainActivity

        冷启动需要杀掉最近任务进程，再使用上面的命令。热启动需要 Home 键退出应用后使用上面命令。

结果输出

Starting: Intent { act=android.intent.action.MAIN cat=[android.intent.category.LAUNCHER] cmp=com.test.myapp/.MainActivity }
Warning: Activity not started, its current task has been brought to the front
Status: ok
LaunchState: HOT
Activity: com.test.myapp/.MainActivity
ThisTime: 79
TotalTime: 79
WaitTime: 82
Complete

LaunchState：启动方式 COLD（冷启动）、 HOT（热启动）和 WARM（温启动）。

ThisTime：启动多个 Activity 的最后一个 Activity 的启动耗时。

TotalTime：启动多个 Activity 总耗时，包括新进程的启动和 Activity 的启动。也就是说，开发者一般只要关心 TotalTime 即可，这个时间才是自己应用真正启动的耗时。

WaitTime：应用进程的创建过程 + TotalTime，就是总的耗时，包括前一个应用 Activity pause 的时间和新应用启动的时间。

        如果只关心某个应用自身启动耗时，参考TotalTime；如果关心系统启动应用耗时，参考WaitTime；如果关心应用有界面Activity启动耗时，参考ThisTime。

多次测试

adb shell am start -S -R 10 -W com.test.myapp/com.test.myapp.MainActivity

        其中 -S 表示每次启动前先强行停止，-R表示重复测试次数，注意反斜杠、包名、类名。所以可以通过 -S 设置冷/热启动。

三、方法耗时统计

        traceview 统计可以用代码统计。也可以用 Android Studio自带的 cup profiler 来统计。

1、Debug Trace

@Override
public void onCreate() {super.onCreate();Debug.startMethodTracing("main_trace");……Debug.stopMethodTracing();
}

        生成文件路径：storage/emulated/0/Android/data/packagename/files/main_trace。

        然后直接将该文件拖入到 Android Studio 中，就能看到对应方法执行的时长，从而进行相关的优化，如是否可以在异步线程操作该方法或者考虑懒加载的方式，根据自己的业务找到合适的方法。

2、CPU Profiler

        Profiler 是 Android Studio 内置的工具。如下配置：

1）run -> edit configurations；
2）勾选start recording a method trace on startup；
3）从菜单中选择cpu记录配置（profiling菜单下勾选两个复选框）；
4）apply --> profile模式部署。

详细使用参考：Android app的启动优化总结

3、systrace

@Override
public void onCreate() {super.onCreate();Trace.beginSection("Launcher");……Trace.endSection();
}

        命令行终端进入如下目录：

/Users/tian/Library/Android/sdk/platform-tools/systrace 

        输入如下命令进入监听状态：

    python systrace.py -o main_trace sched freq idle am wm gfx view binder_driver hal dalvik camera input res

        此时运行代码，完成之后在命令行窗口按 Enter 键结束监听，然后会生成目标文件 main_trace，同样使用 Android Studio 的 Profiler 工具进行分析。

三、优化策略

1、优化onCreate， onStart，onResume函数

        由于许多内容在 Activity 的 UI 初始化和生命周期中需要用到，所以大部分 Activity 中的成员需要在 onCreate 中通过 new 的方式赋值。这就要求 new 的类的构造函数应该尽可能简单，不要有耗时操作，以便快速执行。

        不要在这些函数中 new 暂时用不到的内容，比如一些提醒的 dialog，可以在需要提醒的地方再去创建。

2、优化布局文件

        减少UI的布局嵌套层数，从而减少 layout 时间。 简化XML布局，界面布局时，层次越多，加载的时间就越长。因此应该尽可能的减少布局层次。如果实在层次太多并且无法简化，建议不使用XML布局，直接在代码中进行布局。

        判断嵌套布局是否可以优化的方法：

1）借助工具Hierarchy Viewer，可以看到layout比较耗时的节点。

2）直接review xml布局文件。

        布局优化方案：

1）尽量使用 ConstraintLayout 和 RelativeLayout 替换 LinearLayout。

2）尽量为所有分辨率创建资源，减少不必要的硬件缩放，这会降低UI的绘制速度。

3）首次不需要显示的节点，尽量设置为GONE。

3、优化draw过程

        去掉不必要的背景，比如如果子节点和父节点size一样，那么父节点的background可以不设或者设为null。

        尽可能少用或者不用高质量图片，以提高运行效率。

4、优化数据访问

        有些属性需要在 onCreate 就获取，而这些属性保存在 ContentProvider 中。可以从下面两方面进行优化：

1）少用 cursor.getColumnIndex。可以在建表的时候用 static 变量记住某列的 index，直接调用相应index而不是每次查询。

2）查询时返回更少的结果集及更少的字段。只返回需要的字段和结果集，更多的结果集和字段会消耗更多的时间及内存。

5、优化自定义控件或UI部件

        自定义控件和UI部件，不管这些控件是否支持 xml 化，实现它们的代码质量很重要，要尽可能简化它们的构造过程。

6、代码方面的优化

1）使用缓存。尽量将需要频繁访问或访问一次消耗较大的数据存储在缓存中。

2）使用多线程。比较耗时的过程，尽可能的使用异步加载。避免UI主线程阻塞，发生长时间不响应。

3）只需要获取图片的高宽时，可以设置 InJustDecodeBounds 为 true。这样就不会去 decode 图片，减少了图片解析的时间。

4）判断语句如果较多时，尽量使用 switch..case..，而不是使用 if..else..。因为 if..else.. 是从上到下进行判断，而 switch..case.. 有对判断条件进行优化。

5）for() 循环中有 if() 判断，考虑实现为将 if() 判断语句放在 for() 语句外面，减少判断次数，for 语句可以快速执行。

6）String的拼接尽量使用io流。

7）数据类型和数据结构的选择。比如：hash 系列数据结构查询速度更优，ArrayList 存储有序元素。

7、延迟执行

        对于 onCreate， onStart，onResume 函数中的数据或变量初始化，不着急使用的可以放到使用时在进行初始化，或者放到子线程中处理。

8、空闲时间利用

        合理利用程序的空闲时间，等待页面都完全渲染完毕之后再执行。例如：使用IdleHandler，具体使用如下：

Looper.myQueue().addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() {@Overridepublic boolean queueIdle() {// 执行你的任务return false;}
});

        空闲时执行多个任务:

public class DelayTaskQueue {private final Queue<Runnable> mDelayTasks = new LinkedList<>();private final MessageQueue.IdleHandler mIdleHandler = () -> {if (mDelayTasks.size() > 0) {Runnable task = mDelayTasks.poll();if (task != null) {task.run();}}// mDelayTasks非空时返回ture表示下次继续执行，为空时返回false系统会移除该IdleHandler不再执行return !mDelayTasks.isEmpty();};public DelayTaskQueue addTask(Runnable task) {mDelayTasks.add(task);return this;}public void start() {Looper.myQueue().addIdleHandler(mIdleHandler);}
}

9、锁优化 

        锁是我们解决并发的重要手段，但是如果滥用锁的话，很可能造成执行效率下降，更严重的可能造成死锁等无法挽回的场景。

        当我们需要处理高并发的场景时，同步调用尤其需要考量锁的性能损耗：

1）能用无锁数据结构，就不要用锁。

2）缩小锁的范围。能锁区块，就不要锁住方法体；能用对象锁，就不要用类锁。

10、内存优化 

        内存优化的核心是避免内存抖动。不合理的内存分配、内存泄漏、对象的频繁创建和销毁，都会导致内存发生抖动，最终导致系统的频繁 GC。

1）解决应用的内存泄漏问题。这里我们可以使用LeakCanary 或者 Android Profile 等工具来检查我们查询可能存在的内存泄漏。平时编码应当注意避免内存泄漏。

2）如避免全局静态变量和常量、单例持有资源对象（Activity，Fragment，View等），资源使用完立即释放或者recycle（回收）等。

3）避免创建大内存对象，频繁创建和释放对象（尤其是在循环体内），频繁创建的对象需要考虑复用或者使用缓存。

4）加载图片可以适当降低图片质量，小图标尽量使用SVG，大图/复杂的图片考虑使用webp。尽量使用图片加载框架，如glide，这些框架都会帮我们进行加载优化。

5）避免大量bitmap的绘制。

6）避免在自定义View的onMeasure、onLayout和onDraw中创建对象。

7）使用 SpareArray、ArrayMap 替代 HashMap。

8）避免进行大量的字符串操作，特别是序列化和反序列化。不要使用+(加号)进行字符串拼接。

9）使用线程池（可设置适当的最大线程池数）执行线程任务，避免大量Thread的创建及泄漏。

11、线程优化

        当我们创建一个线程时，需要向系统申请资源，分配内存空间，这是一笔不小的开销，所以我们平时开发的过程中都不会直接操作线程，而是选择使用线程池来执行任务。所以线程优化的本质是对线程池的优化。

 12、IO优化

        IO优化的核心是减少IO次数。

网络请求优化

1）避免不必要的网络请求。对于那些非必要执行的网络请求，可以延时请求或者使用缓存。

2）对于需要进行多次串行网络请求的接口进行优化整合，控制好请求接口的粒度。比如后台有获取用户信息的接口、获取用户推荐信息的接口、获取用户账户信息的接口。这三个接口都是必要的接口，且存在先后关系。如果依次进行三次请求，那么时间基本上都花在网络传输上，尤其是在网络不稳定的情况下耗时尤为明显。但如果将这三个接口整合为获取用户的启动（初始化）信息，这样数据在网络中传输的时间就会大大节省，同时也能提高接口的稳定性。

磁盘IO优化 

1）避免不必要的磁盘IO操作。这里的磁盘IO包括：文件读写、数据库（sqlite）读写和SharePreference等。

2）对于数据加载，选择合适的数据结构。可以选择支持随机读写、延时解析的数据存储结构以替代 SharePreference。

3）避免程序执行出现大量的序列化和反序列化（会造成大量的对象创建）。

参考：Android APP启动速度优化