Android性能优化介绍

性能优化，顾名思义就是对软件的运行性能进行优化。在Android开发中，性能优化可以是对应用耗电的优化、可以是对应用启动速度的优化、也可以是对应用流畅度的优化，等等。这里介绍性能优化的原因、概念以及常用的性能优化工具和做法。

为什么要做性能优化

• 性能优化带来体验的改善，进而帮助业务指标的提升
  • 对应用性能优化，比如更加流畅顺滑/更省电，就可能提升用户量
• 缓解机器性能瓶颈问题
  • 随着机器性能提升速度的放缓，性能优化可以在相同性能下带来更好的体验
• 缓解移动端电池技术瓶颈
  • 用有限的电量做更多的事/获得更好的体验
• ...

什么是性能优化

性能优化的目标主要有三个：快、稳、省。快，就是提升应用速度，比如启动速度、响应速度等，从而让体验更流畅；稳，就是提升应用的稳定性，减少各种原因的crash、无响应；省，就是减少各种资源的使用，比如电池、网络流量等，以期用最小的负载获得最大的收益。下面具体介绍性能优化的分类。

流畅性优化

对于Android应用，每个应用进程都有一个Main Thread（主线程），这个线程负责UI绘制、系统事件处理等任务。主线程的UI绘制会每隔一段时间（这个时间由VSync信号控制，每当收到VSync信号时就应当进行一次绘制）执行一次从而实现屏幕刷新（在60Hz刷新率下，大约每16ms执行一次UI Drawing）。如果应用出现了卡顿现象，就说明UI绘制没能正常执行，一般有下面几种情况：

• 在主线程中放入了较重的业务逻辑，导致主线程忙于执行这部分代码而没能按时进行UI绘制，在业务逻辑执行完成后再进行UI绘制，造成卡顿的现象（等待一段时间后屏幕才响应，出现“划不动”的情况）
• 主线程忙于处理输入事件（或者其他任务）而未能进行UI绘制，导致丢帧（画面跳跃不连贯）
• ...

因此为了保证UI绘制不被各种原因打断、延迟，最好将耗时的业务代码/输入事件放在其他线程，让主线程专注于UI绘制任务。

前面提到UI绘制是由VSync信号控制的，每次收到VSync信号时主线程就应当刷新一次屏幕（进行UI绘制）。如果没有VSync信号，而是由CPU自行决定绘制时机，就可能导致画面撕裂问题（CPU在短时间内进行了两次不同画面的绘制，上一帧尚未渲染完成就绘制下一帧，导致屏幕画面各个部分属于多个不同帧产生撕裂）

资源优化

这里的资源指的是Android设备上的各种软件和硬件资源，比如存储、流量、电池、内存、系统参数等。资源可以粗略分为端侧资源和服务侧资源两个方面，具体如下：

• 端侧资源
  • 内存
  • CPU
  • GPU
  • 存储
  • 网络
  • 亮度
  • 声音
  • ...
• 服务侧资源
  • CDN带宽
  • API流量
  • ...

这方面的优化包括应用颜色选择（在OLED屏幕上黑色部分不发光，因此黑色系比其他颜色更省电）、算法优化（减轻处理器负担）、资源压缩（降低网络流量消耗）等措施。

稳定性优化

应用稳定性可以从崩溃（Crash）和超时两个方面考虑。崩溃带来的一般就是应用闪退，而超时则通常带来轻则卡顿掉帧、重则ANR（Application Not Responding，应用无响应，当主线程阻塞过长时间时会被触发）。

系统级优化

这方面主要取决于移动操作系统和硬件厂商对系统的优化，比如优化ART虚拟机、引入ZRAM技术、优化处理器调度等等。

性能监控工具

要进行性能优化，首先要找到优化点，一个普遍的做法就是利用性能监控工具找到应用的薄弱点，然后针对性的进行性能优化。除了指导性能优化方向外，性能监控工具还能帮助发现服务提供商的劣化问题（比如发现厂商对应用进行了负优化），及时止损。下面介绍一些常用的性能监控工具。

• GPU呈现模式
  • 系统集成的工具，无需二次开发。系统记录每一帧的数据并通过图形方式呈现
• Layertool
  • 输出View层级关系，帮助分析overdraw问题
• CPU Profiler
  • 基于JVMTI输出完整的方法调用栈，也支持方法的耗时检测
• TraceView
• Systrace
• Rhea
  • 字节跳动自研工具，性能损耗小
• Battery Historian
  • 应用功耗统计

如何进行性能优化

要对应用进行性能优化，要先进行现状分析，然后根据分析结果制定优化策略。

现状分析

现状分析是为了找出性能优化点，一般可以从耗时成因、运行环境、渲染分析、等方面进行。

• 耗时成因
  • CPU Time
    • 循环、反射、序列化/反序列化、类解析等
  • IO Wait
    • IO操作、等待IO操作返回结果
  • IPC
    • 进程间通信，比如Binder调用
  • Lock Wait
    • 主线程在等锁，导致超时无响应
  • CPU Schedule
    • CPU调度策略有问题导致主线程获取不到CPU资源
• 运行环境
  • 根据不同的运行环境（前台/后台/是否是主线程）采用不同的策略
• 渲染分析
  • 渲染耗时点
  • 渲染频率

优化策略

比如采用预加载来构建UI组件、使用更高效的数据协议（比如json->protobuf）和数据解析器、异步渲染，等等。