Android 性能优化

萬物並作吾以觀復

发布于 2019-11-21 14:49:28

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发布于 2019-11-21 14:49:28

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1.什么是性能优化

百度百科：

性能优化（Optimize）
简而言之，就是在不影响系统运行正确性的前提下，使之运行地更快，完成特定功能所需的时间更短。

维基百科：

大多数系统会响应增加的负载而导致性能会有一定程度的下降，修改系统以处理更高负载就是性能优化。

总结就是，提高负载能力让程序运行更快，用更少的资源做更多的活就是性能优化。 2.为什么要性能优化随着科技不断发展、移动互联网的迅猛发展，手机硬件不断进步以及使用手机的人口增多，这样就导致我们的程序的实际运行环境是无法控制的，除开程序本身的质量而言，我们不能完全抛弃低端手机用户群体，这是我们的人口红利，一句话简而概之，我们要提升用户留存，不能让程序在低端手机运行不流畅甚至ANR。

2015 年上半年，Pinterest 的工程师进行了一次实验，借此将移动 Web 首页的页面加载性能提升了 60%，同时移动注册转化率提升了 40%。然而该实验使用了一种极为烦琐的解决方案，用到了大量“抄近道”的方法，例如提供预先生成的 HTML 页面，而没有使用内部模版渲染引擎或其他通用资源（JS、CSS）。为了将实验学到的经验实用化，整个前端引擎、所有页面模版，以及通用元素都必须重写。

亚马逊近10年前的一项研究证明，即使在那时，页面加载时间每减少100毫秒，收入也会增加1%。最近的另一项研究强调了这样一个事实:超过一半的受访网站所有者表示，由于应用程序性能不佳，他们失去了收入或客户。

总结，产品的意义是解决现实生活的需求，一个好的产品必定有着优秀的性能，而优秀甚至极致的性能能够提升用户的主观感受，让用户愿意继续消费，也为后续的用户转化打下基础。

3.如何性能优化至于如何具体的深入到项目中去进行性能优化呢

1、快速响应用户的触碰事件(不要在主线程干耗时操作)
2、设置动画或滚动时，在16毫秒以内生成帧
3、最大程度的减少内存分配，避免短时大量分配内存(频繁的GC会造成内存抖动，
JVM在进行回收时会发出stop world 指令，该指令会暂停所有线程，从而导致UI卡顿)
4、持续吸引用户，一个页面的数据尽可能在1000毫秒以内呈现交互内容

渲染、计算、内存、网络、电量

Render 首先说说渲染方面，在正式开车之前，我们先了解一下其他的知识点，Android系统每隔16ms就重新绘制一次页面，就是说应用要在16ms内完成屏幕刷新，如果16ms内没有渲染完毕，那就是我们常说的卡顿、不跟手，专业的说法就是掉帧。至于安卓系统为什么设置每个16ms来触发渲染这就跟人眼的生理结构有关，人的眼睛可以感知每秒60帧的动画，如果低于60帧就不会认为它是连续性的。

页面渲染的步骤

举个例子，比如一个按钮 Button ，LayoutInflater遍历 XML 文件然后把 Button 实例加载到内存，内存里面保存了 width、height、left、top、right、bottom以及一些内外边距，CPU经过计算生成多维向量图形，最后将计算好的图形给GPU来进行栅格化像素填充。

栅格化

栅格化

所有在屏幕上我们看到的图片放大一百倍，可以发现就是一个个发光点，屏幕的颜色呈像原理是基于三基色RGB，所有的颜色的都是由RGB组成，或者再加上Alpha透明度，这也不难发觉为什么我们做图片优化的时将 ARGB8888改成ARGB4444、RGB565，一个8进制位是一个字节，一个ARGB8888像素点的呈像信息是4个字节，ARGB4444、RGB565将内存降低了一半，缩小宽高和矩阵压缩也是同理，通过控制宽高来降低内存开销。

具体在实际的安卓开发中，我们要尽量避免过度绘制、XML层级过深、测量耗时等

过度绘制

我们知道安卓是根据XML从上而下遍历渲染的，图中的蓝色区域是一次绘制，绿色区域的控件也有颜色，这样就造成了二次绘制，以此类推，这就是过度绘制。根据渲染的原理，CPU通过计算后交给GPU来栅格化，过度绘制就导致我们做了很多无用的计算。

关于XML层级过深的问题，这个无需多说，页面通过setContentView加载到页面是通过XML遍历处理的，层级越深速度越慢，一般情况下能够用 LinearLayout 就不要用 RelativeLayout ，RelativeLayout 的测量会触发两次，测量左右关系、然后上下关系，LinearLayout 在没有用 weight 时只测量一次就能够确定位置效率相对比较高，比如一个布局需要最左边和最右边都显示一个按钮，这种布局用 FrameLayout 最合适，因为FrameLayout是效率最高的 ViewGroup。

线性布局

帧布局

以及一些组合类型的自定义View，当我们的自定义View继承了响应的 ViewGroup 时，然后XML里面又有一个父布局，这样多了一层嵌套，这个时候可以通过 merge 标签来去除。

Compute 计算方面的优化比较杂，举个例子

ArrayList list = new ArrayList();
 for(int i = 0; i < list.size(); i++){
            
}

上面这个for 循环是低效的，尤其是大数据量的循环尤为明显，建议改为

ArrayList list = new ArrayList();
 for(int i = 0, y =  list.size(); i <y; i++){
            
}

在安卓系统中，谷歌为我们提供了一些平台比较高效的数据结构，android.util包下一共有如下几个类：SparseArray系列(SparseArray，SparseBooleanArray，SparseIntArray，SparseLongArray，LongSparseArray)， SparseArray 在安卓平台上效率高于 HashMap，这些特定的数据结构从读取速度、内存消耗都有做特殊的优化，可以在合适的地方采用来提高效率。当然Java传统的数据结构也并不是一无是处，合适的数据运用在合适的业务场景看个人抉择，比如读取场景比较频繁的建议采用 ArrayList 线性队列，添加移除比较频繁的则选择 LinkedList ，建议使用 StringBuilder 来代替 + 拼接字符串，字符串转换建议使用String.valueOf() ，强转和字符串拼接转 String 比较低效率，因为 String.valueOf() JVM 对这个方法做了特定的性能优化，一些大数据量的计算建议放在子线程执行，最好用线程池来操作，直接使用线程不可控，可使用RxJava 的 IO 线程来处理大计算量，很多框架有做相关的优化，还有一些"计算优化"是属于特定的安卓下的计算优化，比如我们 RecycleView 上滑刷新数据时最好不要用 notifyDataSetChanged(); 建议使用 notifyItemInserted();还有item移除用 notifyItemRemoved();有很多 api 是可以高效率处理的，比如Gif动态图的加载，Glide虽然也可以加载，但是计算量和内存开销是比较大的，这个时候通过 JNI 通讯采用 giflib 来加载 Gif 动态图就比较高效了，giflib 是一个 native 的框架，这样做的好处就是 C 的运行速度比 Java 快，而且 Native 分配的内存不受限制，不会 OOM，建议使用直接类型 int > Integer，计算优化的方式千千万，看每个人实际的业务场景。

优化，处于万物之间

Memory 内存优化，简单说图片优化不外乎宽高、质量、矩阵缩放，然后大图预览局部渲染，在实际的开发过程中有很多优秀的第三方框架已经帮我们做了优化，比如Glide的图片加载策略，先从内存中寻找，没有则去磁盘找，再没有则请求网络图片，当下载完毕保存到内存和磁盘，这里就要提到一个算法 LruCache，最近最少用到，简单的说就是，当内存不足时，最少被用的图片会被回收，像我们在开发中，如果不是非常有必要，建议不要使用反射，因为反射会生成大量的临时变量，生成变量开辟内存空间耗时，同时GC回收也耗时，有一些在程序运行之前就可以确定的数据建议直接根据数量初始化，避免浪费内存，比如首页有4个Fragment，那我要用一个队列来保存它，那就直接 ArrayList<Fragment> fragments = new ArrayList<>(4);

Network 网络优化

关于服务器端的网络优化不做过多解释，关于客户端的连接优化，IP直接链接，这个涉及到Http的原理，我们请求一个接口，实际上请求一台电脑的数据，每一个生产环境的地址都是需要通过NDS服务器来解析的，如果直接访问IP是可以优化连接速度，提高网络性能优化，很重要的一点就是降低延迟和提升响应速度。

通常我们在浏览器中发起请求的时候header部分往往是这样的

keep-alive 就是浏览器和服务端之间保持长连接，这个连接是可以复用的。在HTTP1.1中是默认开启的。

连接的复用为什么会提高性能呢？通常我们在发起http请求的时候首先要完成tcp的三次握手，然后传输数据，最后再释放连接。三次握手的过程可以参考这里 TCP三次握手详解及释放连接过程

一次响应的过程

在高并发的请求连接情况下或者同个客户端多次频繁的请求操作，无限制的创建会导致性能低下。

如果使用keep-alive

在timeout空闲时间内，连接不会关闭，相同重复的request将复用原先的connection，减少握手的次数，大幅提高效率。并非keep-alive的timeout设置时间越长，就越能提升性能，长久不关闭会造成过多的僵尸连接和泄露连接出现。合理的复用时间能够提升效率，okttp也做了类似于keep-alive的链接复用机制。合并请求就是能够一个接口返回的不要通过两三个接口去请求，同一个页面的数据初始化最好一个接口带回。并发连接很好理解，高效率利用CPU，避免CPU闲置。分优先级请求网络就是比如一个页面分为头部和尾部，首先展示给用户的是头部区域，那我们就先请求头部数据，等头部数据出来后再请求尾部数据，这属于策略请求优化。关于数据优化就是字面意思，不做解释。

Battery 电量优化，其实主要就是注意自己的一些代码问题，有些操作没有及时或正确的关闭会耗费大量的电量，我们可以在得到充电状态信息之后，有针对性的对部分代码做优化。比如我们可以判断只有当前手机为 AC 充电状态时才去执行一些非常耗电的操作，像定位、传感器用完记得及时关闭，使用传感器，选择合适的采样率，越高的采样率类型则越费电。后台下载耗时任务建议使用JobScheduler，其工作方式有利于用户在适当的时机执行正确的事情。应用可以在安排作业的同时允许系统基于内存、电源和连接情况进行优化。JobSchedule 的宗旨就是把一些不是特别紧急的任务放到更合适的时机批量处理。这样做有两个好处:避免频繁的唤醒硬件模块，造成不必要的电量消耗。避免在不合适的时间(例如低电量情况下、弱网络或者移动网络情况下的)执行过多的任务消耗电量。