Android性能优化详解

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介绍性能优化相关方面的优化。

Android性能优化详解

版本：2018/8/9-1(15:46)

性能问题分类

1、性能问题分类

  1. 渲染性能问题：界面卡顿
  2. 代码性能问题：数据结构高效、ANR
  3. 内存问题：内存浪费、内存泄露
  4. 网络问题：重复请求
  5. 功耗问题：耗电

2、优化方法

  1. 了解问题：滑动卡顿等明显的问题可以快速定位，难以察觉的问题需要借助工具。
  2. 定位问题：通过工具检测、逻辑分析、数据分析，对问题进行定位。
  3. 分析问题：分析针对这个问题该如何解决，确定解决方案。
  4. 解决问题：根据解决方案进行优化。
  5. 验证问题：对优化结果进行验证，此外验证没有产生其他问题。

性能优化指标

1、渲染
* 滑动流畅度：FPS，即Frame per Second，一秒内的刷新帧数，越接近60帧越好；
* 过度绘制：单页面的3X（粉红色区域） Overdraw小于25%
* 启动时间：这里主要说的是Activity界面启动时间，一般低于300ms，需要用高频摄像机计算时间。

2、内存
* 内存大小：峰值越低越好，需要优化前后做对比
* 内存泄漏：需要用工具检查对比优化前后

3、代码
* 数据结构：在合适场景采用合适的集合。
* 性能：越快越好—在各种场景下采用最优方案(避免ANR、避免使用性能低下API等)。

4、功耗
* 单位时间内的掉电量越少越好。

一、渲染优化(34)

基础知识

1、UI渲染机制

  1. 系统通过VSYNC信号触发对UI的渲染、重绘，其间隔时间是16ms。这个16ms其实就是1000ms显示60帧画面的单位时间。
  2. 如果不能在16ms内完成绘制，那么就会造成丢帧现象。会在下个信号才开始绘制（2*16ms）—导致卡顿

2、UI渲染时间工具

  1. 开发者选项，选择Profile GPU Rendering，并选中On screen as bars的选项，这时候显示一些条形图。
  2. 蓝色: 绘制Display List时间
  3. 红色: OpenGL渲染Display List所需要的时间
  4. 黄色: CPU等待GPU处理的时间
  5. 需要尽量都控制在绿线之下

3、View是什么？

  1. View是Android系统在屏幕上的视觉呈现.
  2. View是一种控件

4、View是怎么绘制出来的？

  1. View的绘制流程是从ViewRoot的performTraversals（）方法开始
  2. measure()
  3. layout()
  4. draw()

5、View是怎么呈现在界面上的？

  1. Android中的视图都是通过Window来呈现的(Activity、Dialog还是Toast都有一个Window)
  2. 然后通过WindowManager来管理View。
  3. Window和顶级View——DecorView的通信是依赖ViewRoot完成的。

6、View和ViewGroup什么区别？

  1. View是所有控件和布局的父类。
  2. ViewGroup也属于View，构成一种树状结构

7、视图优化的几种方法

  1. 减少画面绘制的时间
  2. 避免过度绘制
  3. 优化布局层级
  4. 避免嵌套过多无用布局

过度绘制

8、过度绘制是什么？

  1. 一个像素重复绘制了多次
  2. 例如：先绘制Activity的背景，再给布局绘制了重叠的背景。

9、过度绘制的检查工具

检查工具Enable GPU OverDraw

10、Activity中去除主题的背景

  1. 在MainActivity的Theme中修改背景，去除布局（main_activity_layout.xml）中的background。
  2. 如果不给当前Activity设置主题，会使用默认主题的背景，需要主动添加主题并且去除背景。
//styles.xml
<style name="AppBaseTheme" parent="android:Theme.Light">
    <item name="android:windowBackground">@null</item>
</style>

11、移除Window的默认背景

//Activity中
getWindow().setBackgroundDrawable(null);

12、将底层Fragment设置透明背景

android:background="#00000000"

13、移除布局控件的多余背景

android:background="@null"

14、去除代码中添加的多余背景

  1. 除了布局中多余背景，还有可能在代码里添加了多余的背景。
  2. 例如在弹窗中的Window里需要将背景设置为null

15、Dialog的过度绘制问题

  1. 如果采用系统dialog，不需要考虑过度绘制问题，因为其弹窗绘制是属于剪切式绘制不是覆盖绘制。
  2. 如果自定义一个弹窗view，就需要考虑过度绘制问题。

16、自定义view中控制绘制范围

  1. 自定义View时，使用clipRec控制绘制范围
  2. Canvas的clipRect方法控制每个视图每次刷新的区域，这样可以避免刷新不必要的区域，从而规避过渡绘制的问题。
  3. 还可以使用canvas.quickreject()来判断是否和某个矩形相交，从而跳过那些非矩形区域内的绘制操作。

布局的选择

17、布局优化的思想

  1. 减少布局文件层级
  2. 使用高性能布局

18、RelativeLayout和LinearLayout的性能差异

  1. 两者layout和draw性能相等，区别在于measure过程
  2. RelativeLayout对所有子View会进行两次measure(横向+纵向)—因为子View间可能同时有纵向和横向的依赖关系，所有都需要进行一次测量。
  3. LinearLayout会进行一次measure，如果有weight属性才会进行第二次measure

19、布局的选择

  1. 如果不涉及到层级深度，应该选择高效的LinearLayout或者FrameLayout
  2. 涉及到层级深度时，如ListView中更适合使用RelativeLayout，且尽可能使用pading代替margin
  3. ConstraintLayout是性能最好的布局！

优化布局层级

20、布局层级是什么？

  1. 降低View树的高度
  2. 对View的测量、布局、绘制，都是对View树进行遍历。
  3. API文档建议View树高度不宜超过10层。
  4. 谷歌将XML文件默认根布局从LinearLayout替换成了RelativeLayout，就是避免前者嵌套所产生布局树的高度，从而提高UI渲染的效率。

21、如何查看布局层级

  1. 通过Android Studio中Tools内的Layout Inspector
  2. 老版本是Hierarchy Viewer

22、布局层级优化的三种方法

  1. include标签
  2. merge标签
  3. ViewStub

include标签

23、include标签的特点和使用方法

  1. include主要是用于布局重用，就不需要重复写相同的布局。(将类似的内容来定义一个通用UI)
  2. include中只支持layout_开头的属性，如果指定了id则会覆盖掉所包含的布局文件根元素的id属性
    Tips: 将height width设置为0dp,迫使开发者对宽高进行重新设置（否则看不见）
//main.xml
<android.support.constraint.ConstraintLayout ...>
    <include
        android:id="@+id/include"
        layout="@layout/my_include_layout"
        android:layout_width="200dp"
        android:layout_height="200dp"
        .../>
    <TextView
        android:id="@+id/sample_text"
        ... />
</android.support.constraint.ConstraintLayout>

//my_include_layout.xml
<android.support.constraint.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">

    <TextView
        android:id="@+id/sample_text"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        .../>

</android.support.constraint.ConstraintLayout>

24、include标签的注意点

  1. 若需要覆盖原来原来布局的类似layout_xxxx的属性.需要在include中同时指定layout_width和layout_height属性

merge标签

25、merge标签的作用

  1. merge一般配合include标签使用，用于减少布局层级
  2. 假如include标签外层是LinearLayout，内部布局根元素的布局也是LinearLayout ，使用merge能减少不必要的层级。
//需要将include所包含的内部布局的根布局使用merge标签，如my_include_layout.xml
<merge xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto">
    <TextView
        android:id="@+id/sample_text"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="I'm include"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />
</merge>

ViewStub标签

26、ViewStub的作用和使用

  1. 使用\
<ViewStub
 android:id="@+id/not_often_use"
 ......
 android:layout="@layout/not_often_use"/>
//1. 获得ViewStub组件
mViewStub = (ViewStub)findViewById(R.id.not_often_use); //viewstub的ID
//2-1. 显示该View的第一种方法
mViewStub.setVisibility(View.VISIBLE)
//2-2. 显示该View的第二种方法
View flateView = mViewStub.inflate();
TextView textview = (TextView)inflateView.findViewById(R.id.tv);

27、如何获取VieStub组件

mViewStub = (ViewStub)findViewById(R.id.not_often_use); //viewstub的ID

28、如何显示ViewStub的内容(两种方法)
1. mViewStub.setVisibility(View.VISIBLE)
2. 调用ViewStub的inflate并且获取到实际的View控件

View inflateView = mViewStub.inflate();
TextView textview = (TextView)inflateView.findViewById(R.id.tv);

29、ViewStub显示的注意点

  1. 不管是哪种方式，在显示后，ViewStub就不存在了，取而代之的是被inflate的Layout。
  2. 并将ID重新设置为ViewStub中android：inflateid属性所指的ID。
  3. 因此两次调用inflate方法会报错

30、ViewStub和View.Gone的区别？

  1. ViewStub只会在显示的时候采会渲染布局(ViewStub更有效率)
  2. View.Gone 初始化布局树的时候已经添加在布局树上

绘制优化

31、绘制优化-优化View的onDraw方法

  1. onDraw中不要创建新的局部对象(内存分配)—onDraw可能会频繁调用，瞬间创建大量对象和大量GC
  2. onDraw中不要做耗时的任务，尽量要保证View的绘制频率60fps(每帧画面不超过16ms)

32、使用RenderScript、OpenGL进行复杂的绘图操作。

33、使用SurfaceView代替View进行大量、频繁的绘图操作。

34、尽量使用视图缓存，而不是每次都执行inflate()方法解析视图。

二、代码优化(16)

1、HashMap和hashtable

  1. HashMap的性能比Hashtable高很多，不要采用后者。(Hashtable大量使用%而不是位运算，性能差)
  2. ConcurrentHashMap的性能比Hshtable高很多。(Hashtable直接是大量synchronized方法，效率低下。前者使用双层哈希表、Segment和锁分段技术，因此效率很高。)

2、HashMap性能比TreeMap要高.(TreeMap内部是红黑树实现，但是没有HashMap性能高)

3、HashSet总体性能比TreeSet要高。TreeSet的迭代上比HashSet性能更高。或者在有序的情况下，TreeSet的性能也会高一些。

4、SparseArray在一定场景下比HashMap更好。

  1. 在Key=Integer value=Object时，采用SparseArray比HashMap效率更高(可以免去基本对象类型转换为引用类型所用的时间。)

5、Pair的使用

  1. 可以满足一种场景：既需要以键值的方式存储数据列表，还需要在输出的时候保持顺序。(HashMap满足key-value， ArrayList满足顺序)
  2. Pair + ArrayList 进行使用。

6、Handler避免内存泄露

  1. 使用静态的内部类，静态内部类不会持有外部类的引用。
  2. 并用弱引用WeakReference进行处理。

7、Context的正确使用(单例模式中必须要Context的解决办法)。

  1. 使用Activity、Service的Context会导致单例一直持有应用，从而内存泄露。
  2. 如果单例中一定要使用到Context对象，建议使用Application的Context

8、不要使用Enum枚举

  1. Android官方强烈建议不要在Android程序里面使用到enum。
  2. 例如使用static int的代码编译成dex的大小是2680 bytes。使用enum之后的dex大小是4188 bytes，相比起2556增加了1632 bytes，增长量是使用static int的13倍。
  3. 不仅仅如此，使用enum，运行时还会产生额外的内存占用。

9、 减少不必要的对象.

  1. 应该避免频繁创建短作用域的变量。
  2. 避免在For循环中创建临时对象，要减少GC的次数。

10、多使用静态方法，静态方法会比普通方法提高15%的访问速度，也可以避免创建额外对象。

11、尽量使用基本类型代替引用类型

12、多使用系统API，如System.arrayCopy()进行数组拷贝，比for循环的效率快9倍以上。

13、减少不必要的成员变量，这点在Android Lint工具上已经集成检测了，如果一个变量可以定义为局部变量，则会建议你不要定义成成员变量。

14、资源要及时释放

对Cursor、Receiver、Sensor、File等对象，要非常注意对它们的创建、回收与注册、解注册

15、避免使用IOC框架

  1. IOC(Inversion of Control)—控制反转。
  2. IOC通常使用注解、反射来实现，虽然Java已经进行了很好的优化，但大量使用反射依然会带来性能的下降。
  3. ButterKnife、Android Annotations都是IOC框架。

16、常量使用static final进行修饰

  1. 对于基本类型和String类型的常量，建议使用常量static final 修饰
  2. final类型的常量会在静态dex文件的域初始化部分
  3. 对这些常量的调用不会涉及类的初始化，而是直接调用字面量。

17、适当使用软引用和弱引用

18、尽量使用静态内部类，避免由于内部类导致的内存泄露

19、减少不必要的成员变量

在Android Lint工具上已经集成检测了，如果一个变量可以定义为局部变量，则会建议你不要定义成成员变量。

三、内存优化(13)

基础知识

1、Android的内存机制

  1. android沙箱机制，每个应用给定内存。过多内存会触发LMK-Low Memory Killer

2、内存是什么？

  1. 内存就是RAM

3、RAM的组成

  1. Register：
  2. stack：存放基本数据类型和对象的引用.但对象本身不存在stack，而是存放在堆中.
  3. heap：存放new创建的对象和数据。由GC-Java虚拟机的垃圾回收器
  4. static field：固定的位置存放应用程序运行时一直存在的数据，java中管理一些静态的数据变量
  5. constant pool：java虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的有序集合，包括直接常量（基本类型，String）和对其他类型、字段、方法的符号引用。

4、stack栈和heap堆的区别

  1. stack分配的内存空间会在该变量作用域结束后，这部分内存立即释放。
  2. heap为new创建的变量分配的空间，不会立即释放，而是等待系统GC进行回收。

5、如何获得堆的大小

ActivityManager manager = (ActivityManager) getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
        int heapsize= manager.getLargeMemoryClass();

6、Java如何进行内存回收

  1. java创建垃圾收集器线程(Garbage Collection Thread)进行资源管理。
  2. 调用System.gc能建议系统进行GC，但是不一定GC。
  3. 内存泄漏的原因：再强大的算法也会出现部分对象忘记回收的现象。

7、ANR是什么？

  1. UI线程执行耗时操作会导致ANR
  2. 如果BroadcastReceiver10秒没有执行完操作，就会导致ANR

8、ANR如何分析？

  1. 只要出现ANR，系统都会在/data/anr/目录下生成相应的trace.txt
  2. 根据内容可以分析ANR的具体原因

9、ANR出现的几种特殊情况

  1. 主线程UI线程中进行耗时操作
  2. UI线程和在其他线程的耗时操作竞争同一个锁。

内存泄露优化

10、内存泄漏优化

  1. 静态变量所导致的内存泄漏：如Activity内部静态变量持有Activity的this等
  2. 单例模式导致的内存泄漏：单例模式的对象中的链表等持有了如：Activity的this指针，却没有即使释放会导致泄露，因为单例的特点是其生命周期和Applicaiton一致。
  3. 属性动画不停止会导致内存泄漏：无限循环动画会持有Activity的View，而View持有了Activity，最终导致泄露。解决办法是在onDestory中调用animator.cancel()

列表优化

11、ListView/GridView的优化

  1. 采用ViewHolder
  2. 避免在getView中执行耗时操作
  3. 根据滑动状态控制任务的执行频率，避免快速滑动时开启大量的异步操作。
  4. 开启硬件加速，使列表滑动更流畅。

bitmap优化

12、Bitmap的优化

  1. bitmap是内存占用过高，甚至OOM(out of memory)的最大威胁。
  2. 选择合适大小图片, 也可以在图片列表时显示缩略图，显示图片的时候使用原图
  3. 通过BitmapFactory.Options对图片进行采样、
  4. 图片缓存-使用内存缓存LruCache和硬盘缓存DiskLruCache
  5. 可以直接使用成熟的Glide、Fresco进行图片显示。

线程优化

13、线程优化

  1. 采用线程池，避免线程的创建和销毁带来的性能损失
  2. 线程池能有效控制最大并发数，避免抢占资源导致的阻塞

四、功耗优化(3)

1、功耗优化

本质就是减少App使用和在后台的电量消耗。

2、节制使用Service

  1. 节制使用Service，系统总是倾向于保留Service所依赖的进程，会造成系统资源浪费。可以使用IntentService，在任务执行完后，会自动停止。

3、如何让Toast在应用退出后不再显示？

1-在显示Toast信息时，判断应用当前是否在任务栈的栈顶。

// 1-用于判断应用是否在前台。
public static boolean isActivityRunning(String packagename, Context context){
     ActivityManager am = (ActivityManager)context.getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
     List<RunningTaskInfo> runningTaskInfos = am.getRunningTasks(1);
     String cmpNameTemp = null;
     if(null != runningTaskInfos){
         cmpNameTemp = runningTaskInfos.get(0).topActivity.toString();
     }
     if(null != cmpNameTemp){
         return cmpNameTemp.contains(packagename);
     }
     return false;
}

2-对Toast进行封装处理

public static void showToast(Context context, String text, int duration) {
    if (mToast != null)
        mToast.setText(text);
    else
        mToast = Toast.makeText(context, text, Toast.LENGTH_SHORT);

    if(isActivityRunning(context.getPackageName(), context)){
         mToast.show();
    }
}

五、网络优化(1)

1、对常用的网络请求进行三级缓存

  1. 发起网络请求时，先去内存中寻找缓存(LruCache)
  2. 内存中没有缓存时，到磁盘缓存上取(DiskLruCache)
  3. 没有找到再发起网络请求

六、性能分析和优化工具

1、性能优化工具汇总

  1. UI渲染时间工具：开发者中选择Profile GPU Rendering(GPU呈现模式分析)，选择On Screen as bars能开启条形图。蓝色线条为绘制的时间，要控制在绿线之下。
  2. 过度绘制：开发者中Enable GPU OverDraw(开启过度绘制检查)
  3. 布局层级：Hierarchy Viewer，在Android Device Monitor中使用。
  4. 代码提示工具：Lint
  5. Memory Monitor
  6. TraceView日志：分析性能问题
  7. MAT：分析内存的强力助手
  8. Dumpsys
  9. Memory Info: 系统上的内存监视工具

1-Lint

2、Lint是什么？

  1. Google提供的代码提示工具。用于减少代码隐藏风险，对代码习惯帮助很大。而且还能清除无用的文件等内容。
  2. 使用方法：Analyze->Run inspection by name > unused resources=去除无用资源

2-Memory Monitor

3、Memory Monitor是什么？

  1. 内存监视工具：
  2. 内存持续升高可能发生内存泄露
  3. 内存突然降低，可能GC

3-TraceView日志

4、TraceView日志的作用？

  1. 可以分析一些性能问题，比如app中有些列表在滑动的时候会有卡顿现象。

5、如何通过代码精确生成traceview日志

1-在manifest中增加WRITE_EXTERNAL权限
2-在需要监控的代码onCreate和onDestory中添加代码

    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_qqside_menu);

        //开启TraceView监听
        Debug.startMethodTracing("feather"); //制定名字如feather.trace
    }

    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        //结束监听
        Debug.stopMethodTracing();
    }

3-复制日志代码到本地
adb pull /sdcard/feather.trace C:\AFeatherTool

6、如何通过Android Device Monitor生成TraceView日志

  1. 打开AS的Android DEVICE Monitor工具，选择调试的进程，点击工具栏中的“start method profiling”。
  2. 有两种监听方式：
    1. 整体监听：追踪每个方法执行的全部过程，资源消耗大
    2. 抽样监听：按照一定频率采样，这种方法需要执行较长的时间来获取准确的数据。

7、如何打开并且分析traceview日志

  1. 打开日志： sdk的tools\traceview.bat工具来打开。或者ADM openfile来打开日志文件。
  2. 分析日志: 上方是用于显示方法执行时间的时间轴区域。下方是显示详细信息的profile区域。
    1. 时间轴区域：显示了不同线程在不同时间段内的执行情况。每一行都是一个独立线程。
    2. profile：所选方法执行期间的性能分析。Incl CPU time-占用CPU的时间。Excl CPU TIME-方法本身不包括子方法的占用CPU的时间。Incl/Excl real time-同理，是真正执行的时间。calls+RecurCalls-掉用次数+递归回调的次数。
  3. 如果占用时间长，calls+RecurCalls次数少的需要多关注。

4-MAT

8、MAT是什么？

  1. 用于分析APP内存状态
  2. MAT(Memory analyzer tool)是分析内存的强力助手。需要下载。

9、生成HPROF文件的工具

  1. 打开ADM
  2. 选择要监听的线程
  3. 菜单栏”update heap”
  4. heap的标签中选择Cause GC就会显示当前内存状态。
  5. 选择“Dump HPROF File”按钮，会生成xxx.hprof文件。
  6. 在SDK的platform-tools中用hprof-conv C:\xxxx.hprof heap.hprof之后才可以用来分析
  7. MAT打开即可分析

10、MAT检查内存泄露的技巧

不停点击cause GC，如果total size有明显变化就可能存在内存泄露。

5-Dumpsys命令

11、Dumpsys命令的作用

  1. 使用Dumpsys命令分析系统状态
  2. Dumpsys可以列出android系统相关的信息和服务状态。
  3. 使用方法： adb shell dumpsys + 各种参数。
  4. Linux下配合shell命令grep、find等功能更加强大

参考资料

  1. ViewStub
  2. Android性能优化《Android群英传》第十章
  3. RelativeLayout和LinearLayout的性能对比
  4. 【腾讯优测干货分享】安卓专项测试之GPU测试探索
  5. Android开发者选项——Gpu呈现模式分析
  6. 如何让Toast消息在应用退出后不再显示
  7. Android性能全面分析与优化方案
  8. 安卓代码、图片、布局、网络和电量优化
  9. Android主流IOC框架

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