Android 冷启动分析及优化

本文转载于亦枫博客
原文地址：http://yifeng.studio/2016/11/15/android-optimize-for-cold-start/

你有没有发现，点击安卓手机桌面上的App图标时，有时候应用马上进入主界面，有时候要经历好几秒甚至更久的白屏（也可能是黑屏）时间才能进入主界面呢？这其实是安卓应用常见的冷热启动问题。本文就和大家一起聊聊冷热启动方式和启动页的体验优化方案。

启动方式

安卓应用的启动方式分为三种：冷启动、暖启动、热启动，不同的启动方式决定了应用UI对用户可见所需要花费的时间长短。顾名思义，冷启动消耗的时间最长。基于冷启动方式的优化工作也是最考验产品用户体验的地方。谈及优化之前，我们先看看这三种启动方式的应用场景，以及启动过程中系统都做了些什么工作。

冷启动 (Cold start)

在安卓系统中，系统为每个运行的应用至少分配一个进程 (多进程应用申请多个进程) 。从进程角度上讲，冷启动就是在启动应用前，系统中没有该应用的人和进程信息 (包括 Activity、Service 等) 。所以，冷启动产生的场景就很容易理解了，比如设备开机后应用的第一次启动，系统杀掉应用进程 (如：系统内存吃紧引发的 kill 和用户主动产生的 kill) 后的再次启动等。那么自然这种方式下，应用的启动时间最长，因为相比另外两种启动方式，系统和我们的应用要做的工作最多。

应用发生冷启动时，系统有三件任务要做：

开始加载并启动应用；
应用启动后，显示一个空白的启动窗口；
创建应用进程信息；

系统创建应用进程后，应用就要做下面这些事情：

初始化应用中的对象 (比如 Application 中的工作)；
启动主线程 (UI 线程) ；
创建第一个 Activity；
加载内容视图 (Inflating) ；
计算视图在屏幕上的位置排版 (Laying out)；
绘制视图 (draw)。

只有当应用完成第一次绘制，系统当前展示的空白背景才会消失，才会被 Activity 的内容视图替换掉。也就是这个时候，用户才能和我们的应用开始交互。下图展示了冷启动过程系统和应用的一个工作时间流：

这里写图片描述

这其中有两个 creation 工作，分别为 Application 和 Activity creation。从图中看出，他们均在 View 绘制展示之前。所以，在应用自定义的 Application 类和第一个 Activity 类中，onCreate() 方法做的事情越多，冷启动消耗的时间越长。

暖启动 (Warm start)

当应用中的 Activities 被销毁，但在内存中常驻时，应用的启动方式就会变为暖启动。相比冷启动，暖启动过程减少了对象初始化、布局加载等工作，启动时间更短。但启动时，系统依然会展示一个空白背景，直到第一个 Activity 的内容呈现为止。

热启动 (Lukewarm start)

相比暖启动，热启动时应用做的工作更少，启动时间更短。热启动产生的场景很多，常见如：用户使用返回键退出应用，然后马上又重新启动应用。

启动时间

从 Android 4.4 (API 19) 开始，Logcat 自动帮我们打印出应用的启动时间。这个时间值从应用启动 (创建进程) 开始计算，到完成视图的第一次绘制 (即 Activity 内容对用户可见) 为止。如：

11-15 14:06:25.710 1071-1130/? I/ActivityManager: Displayed com.yifeng.qqtemp/.MainActivity: +3s610ms

对应在 logcat 窗口上的显示如图 (记得修改过滤条件) ：

这里写图片描述

对于用户来讲，看不到具体的启动时间，而是应用启动时白屏展示的体验问题。举个例子来对比一下冷热启动的实际启动情况。新建一个工程，为了更好地模拟演示冷热启动效果，这里我在自定义 Application 类的 onCreate 方法中添加了如下代码来延长应用的冷启动时间：

public class MyApplication extends Application {

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

然后第一次编译运行，应用采取冷启动的方式打开 (使用菜单键关闭最近打开的应用，也能达到促使应用使用冷启动方式，延长启动时间的效果) ；接着使用返回键退出应用，再点击桌面应用图标，应用将采用热启动的方式打开。整个操作流程对应的效果如图：

这里写图片描述

可以看到，冷启动方式下，应用要经历一个短暂的白屏时间 (这个时间的长短视具体情况而定)，用户体验极其不好。相比而言，热启动方式下，用户可以较快进入 Activity 主界面与应用发生交互行为。

优化方案

应用的冷启动总是无法避免的，也就是说冷启动时用户总要经历一个启动等待时间。开发人员唯一能做的就是在 Application 和第一个 Activity 中，减少 onCreate() 方法的工作量，从而缩短冷启动的时间。像应用中嵌入的一些第三方 SDK，都建议在 Application 中做一些初始化工作，开发人员不妨采取懒加载的形式移除这部分代码，而在真正需要用到第三方 SDK 时再进行初始化。

还有一种简单粗暴的方式就是通过主题设置，不显示启动时的白屏背景。新建一个主题样式，并添加如下属性：

<style name="LaunchStyle" parent="AppTheme">
    <item name="android:windowIsTranslucent">true</item>
    <item name="android:windowNoTitle">true</item>
</style>

或

<item name="android:windowDisablePreview">true</item>

然后将这个主题样式设置给第一个启动的 Activity ，如：

<activity 
    android:name=".MainActivity"
    android:theme="@style/LaunchStyle">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

        <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
    </intent-filter>
</activity>

备注：这里没有将该主题设置在 Application 标签里，主要是该主题只适用于第一个 Activity，如果放置在 Application 标签中会修改所有 Activity 的主题样式。

再修改该 Activity 类的代码，在加载布局视图前，将主题修改回来：

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    setTheme(R.style.AppTheme);
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);
}

这么设置之后，效果如图：
这里写图片描述
可以看到，冷启动方式下，用户点击桌面图标，没有任何反应，过一段时间应用才打开。其实这里只是将白屏背景透明化或者隐藏起来而已。

很显然，这种处理方式用户体验也极差。不过可喜的是，我们可以通过主题中的 windowBackground 属性，自定义应用启动时的窗口背景。至于这个背景如何设计，Google 已经在官网上给了建议和规范，可以参考：Launch screens（需要翻墙）。其实就是两种样式，如图：

Launch screens

左图采用应用的 Logo 和 Slogan (甚至为了简单，Slogan 都可以不要)，可以增强品牌推广效应；右图利用了 placeholder ，与主界面的 UI 框架保持一致，给用户产生一种应用启动非常快的视觉感受。这两种方案各自目的和应用场景有所不同，但设计理念确实不错。下面我们一一模仿实现，先看第一种。

新建一个名为 shape_launch.xml 的 drawable 文件，内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<layer-list xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:opacity="opaque">

    <item android:drawable="@color/colorPrimary"/>
    <item >
        <bitmap
            android:src="@mipmap/ic_launcher"
            android:gravity="center" />
    </item>

</layer-list>

然后修改 styles.xml 文件中的主题样式：

<style name="LaunchStyle" parent="AppTheme">
    <item name="android:windowBackground">@drawable/shape_launch</item>
</style>

最后将这个主题设置给启动的 Activity，设置过程和上面隐藏启动窗口时的设置一样。效果如图：
这里写图片描述
第二种，使用与主界面 UI 框架一致的 placeholder 内容，这种情况下需要计算诸如 Statusbar、Toolbar 控件的高度，shape_launch.xml 内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<layer-list xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:opacity="opaque">

    <item android:drawable="@color/colorPrimaryDark"/>
    <item
        android:drawable="@color/colorPrimary"
        android:top="25dp"/>
    <item
        android:top="81dp"
        android:drawable="@android:color/white">
    </item>

</layer-list>

这里模拟了一个高度为25dp的状态栏和一个高度为56dp的标题栏，给用户一种错觉：点击桌面图标，应用立即启动并进入主界面。效果如图：
这里写图片描述
以上两种方式是按照 Google 的建议实现的 UI 效果，当然你还可以有更好的设计方式，只要能够解决冷启动带来的白屏过渡问题，都能带来不错的用户体验。比如你还可以适度结合 Activity 内容视图使用动画过渡效果，比如：
这里写图片描述
或者这样

以上两种效果来自 GitHub 上的开源项目 saulmm/onboarding-examples-android，具体实现方式这里不再赘述，作者专门写有博客可供借鉴学习：Avoiding cold starts on Android。