Android性能優(yōu)化之啟動優(yōu)化實(shí)戰(zhàn)
前言
本文將帶領(lǐng)大家來看看啟動優(yōu)化相關(guān)方面的介紹以及各種優(yōu)化的方法。希望你在讀完本章后會有所收獲。
相信很多同學(xué)都聽過八秒定律，八秒定律是在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域存在的一個(gè)定律，即指用戶訪問一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，如果等待網(wǎng)頁打開的時(shí)間超過了8秒，就有超過70%的用戶放棄等待。足見啟動的時(shí)間是多么的重要。放到移動APP中，那就是應(yīng)用啟動的時(shí)間不能太久，否則就會造成用戶的流失。
谷歌官方曾給出一篇App startup time的文章，這篇文章詳細(xì)介紹了關(guān)于啟動優(yōu)化的切入點(diǎn)以及思路。感興趣的同學(xué)可以去看下。App Startup Time 這是官方地址。本篇文章也主要是官方思路的一個(gè)擴(kuò)展。
啟動分類
App的啟動主要分為：冷啟動、熱啟動和溫啟動。
冷啟動：
耗時(shí)最多，也是整個(gè)應(yīng)用啟動時(shí)間的衡量標(biāo)準(zhǔn)。我們通過一張圖來看下冷啟動經(jīng)歷的流程：
熱啟動：
啟動最快，應(yīng)用直接由后臺切換到前臺。
溫啟動：
啟動較快，是介于冷啟動和熱啟動之間的一種啟動方式，溫啟動只會執(zhí)行Activity相關(guān)的生命周期方法，不會執(zhí)行進(jìn)程的創(chuàng)建等操作。
我們優(yōu)化的方向和重點(diǎn)主要是冷啟動。因?yàn)樗攀谴砹藨?yīng)用從被用戶點(diǎn)擊到最后的頁面繪制完成所耗費(fèi)的所有時(shí)間。下面我們通過一張流程圖來看下冷啟動相關(guān)的任務(wù)流程：
看上面的任務(wù)的流程圖，讀者朋友們覺得哪些是我們優(yōu)化的方向呢？其實(shí)我們能做的只有Application和Activity的生命周期階段，因?yàn)槠渌亩际窍到y(tǒng)創(chuàng)建的我們沒法干預(yù)，比如：啟動App，加載空白Window，創(chuàng)建進(jìn)程等。這里面加載空白Window我們其實(shí)可以做一個(gè)假的優(yōu)化就是使用一張啟動圖來替換空白Window，具體操作我們在下文中介紹。
啟動的測量方式
這里主要介紹兩種方式：ADB命令和手動打點(diǎn)。下面我們就來看下兩者的使用以及優(yōu)缺點(diǎn)。
ADB命令：
在Android Studio的Terminal中輸入以下命令
- adb shell am start -W packagename/[packagename].首屏Activity
執(zhí)行之后控制臺中輸出如下內(nèi)容：
- Starting: Intent { act=android.intent.action.MAIN cat=[android.intent.category.LAUNCHER] cmp=com.optimize.performance/.MainActivity }
- Status: ok
- Activity: com.optimize.performance/.MainActivity
- ThisTime: 563
- TotalTime: 563
- WaitTime: 575
- Complete
其中主要有三個(gè)字端：ThisTime、TotalTime和WaitTime，分別解釋下這三個(gè)字端的含義：
ThisTime：最后一個(gè)Activity啟動耗時(shí)
TotalTime：所有Activity啟動耗時(shí)
WaitTime：AMS啟動Activity的總耗時(shí)
ThisTime和TotalTime時(shí)間相同是因?yàn)槲覀兊腄emo中沒有Splash界面，應(yīng)用執(zhí)行完Application后直接就開始了MainActivity了。所以正常情況下的啟動耗時(shí)應(yīng)是這樣的：ThisTime < TotalTime < WaitTime
這就是ADB方式統(tǒng)計(jì)的啟動時(shí)間，細(xì)心的讀者應(yīng)該能想到了就是這種方式在線下使用很方便，但是卻不能帶到線上，而且這種統(tǒng)計(jì)的方式是非嚴(yán)謹(jǐn)、精確的時(shí)間。
手動打點(diǎn)方式：
手動打點(diǎn)方式就是啟動時(shí)埋點(diǎn)，啟動結(jié)束埋點(diǎn)，取二者差值即可。
我們首先需要定義一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)間的工具類：
- class LaunchRecord {
- companion object {
- private var sStart: Long = 0
- fun startRecord() {
- sStart = System.currentTimeMillis()
- }
- fun endRecord() {
- endRecord("")
- }
- fun endRecord(postion: String) {
- val cost = System.currentTimeMillis() - sStart
- println("===$postion===$cost")
- }
- }
- }
啟動時(shí)埋點(diǎn)我們直接在Application的attachBaseContext中進(jìn)行打點(diǎn)。那么啟動結(jié)束應(yīng)該在哪里打點(diǎn)呢？這里存在一個(gè)誤區(qū)：網(wǎng)上很多資料建議是在Activity的onWindowFocusChange中進(jìn)行打點(diǎn)，但是onWindowFocusChange這個(gè)回調(diào)只是表示首幀開始繪制了，并不能表示用戶已經(jīng)看到頁面數(shù)據(jù)了，我們既然做啟動優(yōu)化，那么就要切切實(shí)實(shí)的得出用戶從點(diǎn)擊應(yīng)用圖標(biāo)到看到頁面數(shù)據(jù)之間的時(shí)間差值。所以結(jié)束埋點(diǎn)建議是在頁面數(shù)據(jù)展示出來進(jìn)行埋點(diǎn)。比如頁面是個(gè)列表那就是第一條數(shù)據(jù)顯示出來，或者其他的任何view的展示。
- class MyApplication : Application() {
- override fun attachBaseContext(base: Context?) {
- super.attachBaseContext(base)
- //開始打點(diǎn)
- LaunchRecord.startRecord()
- }
- }
我們分別監(jiān)聽頁面view的繪制完成時(shí)間和onWindowFocusChanged回調(diào)兩個(gè)值進(jìn)行對比。
- class MainActivity : AppCompatActivity() {
- override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
- super.onCreate(savedInstanceState)
- setContentView(R.layout.activity_main)
- mTextView.viewTreeObserver.addOnDrawListener {
- LaunchRecord.endRecord("onDraw")
- }
- }
- override fun onWindowFocusChanged(hasFocus: Boolean) {
- super.onWindowFocusChanged(hasFocus)
- LaunchRecord.endRecord("onWindowFocusChanged")
- }
- }
打印的數(shù)據(jù)為：
- ===onWindowFocusChanged===322
- ===onDraw===328
可以很明顯看到onDraw所需要的時(shí)長是大于onWindowFocusChanged的時(shí)間的。因?yàn)槲覀冞@個(gè)只是簡單的數(shù)據(jù)展示沒有進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)相關(guān)請求和復(fù)雜布局所以差別不大。
這里需要說明下：addOnDrawListener 需要大于API 16才可以使用，如果為了兼顧老版本用戶可以使用addOnPre DrawListener來代替。
手動打點(diǎn)方式統(tǒng)計(jì)的啟動時(shí)間比較精確而且可以帶到線上使用，推薦這種方式。但在使用的時(shí)候要避開一個(gè)誤區(qū)就是啟動結(jié)束的埋點(diǎn)我們要采用Feed第一條數(shù)據(jù)展示出來來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)addOnDrawListener要求API 16，這兩點(diǎn)在使用的時(shí)候需要注意的。
優(yōu)化工具的選擇
在做啟動優(yōu)化的時(shí)候我們可以借助三方工具來更好的幫助我們理清各個(gè)階段的方法或者線程、CPU的執(zhí)行耗時(shí)等情況。主要介紹以下兩個(gè)工具，我在這里就簡單介紹下，讀者朋友們可以線下自己取嘗試下。
TraceView：
TraceView是以圖形的形式展示執(zhí)行時(shí)間、調(diào)用棧等信息，信息比較全面，包含所有線程。
使用：
- 開始：Debug.startMethodTracing("name" )
- 結(jié)束：Debug.stopMethodTracing("" )
最后會生成一個(gè)文件在SD卡中，路徑為：Andrid/data/packagename/files。
因?yàn)閠raceview收集的信息比較全面，所以會導(dǎo)致運(yùn)行開銷嚴(yán)重，整體APP的運(yùn)行會變慢，這就有可能會帶偏我們優(yōu)化的方向，因?yàn)槲覀儫o法區(qū)分是不是traceview影響了啟動時(shí)間。
SysTrace：
Systrace是結(jié)合Android內(nèi)核數(shù)據(jù)，生成HTML報(bào)告，從報(bào)告中我們可以看到各個(gè)線程的執(zhí)行時(shí)間以及方法耗時(shí)和CPU執(zhí)行時(shí)間等。API 18以上使用，推薦使用TraceCompat，因?yàn)檫@是兼容的API。
使用：
- 開始：TraceCompat.beginSection("tag ")
- 結(jié)束：TraceCompat.endSection()
然后執(zhí)行腳本：
- python systrace.py -b 32768 -t 10 -a packagename -o outputfile.html sched gfx view wm am app
給大家解釋下各個(gè)字端的含義：
- -b 收集數(shù)據(jù)的大小
- -t 時(shí)間
- -a 監(jiān)聽的應(yīng)用包名
- -o 生成文件的名稱
Systrace開銷較小，屬于輕量級的工具，并且可以直觀反映CPU的利用率。這里需要說明下在生成的報(bào)告中，當(dāng)你看某個(gè)線程執(zhí)行耗時(shí)時(shí)會看到兩個(gè)字端分別好似walltime和cputime，這兩個(gè)字端給大家解釋下就是walltime是代碼執(zhí)行的時(shí)間，cputime是代碼真正消耗cpu的執(zhí)行時(shí)間，cputime才是我們優(yōu)化的重點(diǎn)指標(biāo)。這點(diǎn)很容易被大家忽視。
優(yōu)雅獲取方法耗時(shí)
上文中主要是講解了如何監(jiān)聽整體的應(yīng)用啟動耗時(shí)，那么我們?nèi)绾巫R別某個(gè)方法所執(zhí)行的耗時(shí)呢？
我們常規(guī)的做法和上文中一樣也是打點(diǎn)，如：
- public class MyApp extends Application {
- @Override
- public void onCreate() {
- super.onCreate();
- initFresco();
- initBugly();
- initWeex();
- }
- private void initWeex(){
- LaunchRecord.Companion.startRecord();
- InitConfig config = new InitConfig.Builder().build();
- WXSDKEngine.initialize(this, config);
- LaunchRecord.Companion.endRecord("initWeex");
- }
- private void initFresco() {
- LaunchRecord.Companion.startRecord();
- Fresco.initialize(this);
- LaunchRecord.Companion.endRecord("initFresco");
- }
- private void initBugly() {
- LaunchRecord.Companion.startRecord();
- CrashReport.initCrashReport(getApplicationContext(), "注冊時(shí)申請的APPID", false);
- LaunchRecord.Companion.endRecord("initBugly");
- }
- }
控制臺打印：
- =====initFresco=====278
- =====initBugly=====76
- =====initWeex=====83
但是這種方式導(dǎo)致代碼不夠優(yōu)雅，并且侵入性強(qiáng)而且工作量大，不利于后期維護(hù)和擴(kuò)展。
下面我給大家介紹另外一種方式就是AOP。AOP是面向切面變成，針對同一類問題的統(tǒng)一處理，無侵入添加代碼。
我們主要使用的是AspectJ框架，在使用之前呢給大家簡單介紹下相關(guān)的API：
- Join Points 切面的地方：函數(shù)調(diào)用、執(zhí)行，獲取設(shè)置變量，類初始化
- PointCut：帶條件的JoinPoints
- Advice：Hook 要插入代碼的位置。
- Before：PointCut之前執(zhí)行
- After：PointCut之后執(zhí)行
- Around：PointCut之前之后分別執(zhí)行
具體代碼如下：
- @Aspect
- public class AOPJava {
- @Around("call(* com.optimize.performance.MyApp.**(..))")
- public void applicationFun(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
- Signature signature = joinPoint.getSignature();
- String name = signature.toShortString();
- long time = System.currentTimeMillis();
- try {
- joinPoint.proceed();
- } catch (Throwable throwable) {
- throwable.printStackTrace();
- }
- Log.d("AOPJava", name + " == cost ==" + (System.currentTimeMillis() - time));
- }
- }
控制臺打印結(jié)果如下：
- MyApp.initFresco() == cost ==288
- MyApp.initBugly() == cost ==76
- MyApp.initWeex() == cost ==85
但是我們沒有在MyApp中做任何改動，所以采用AOP的方式來統(tǒng)計(jì)方法耗時(shí)更加方便并且代碼無侵入性。具體AspectJ的使用學(xué)習(xí)后續(xù)文章來介紹。
異步優(yōu)化
上文中我們主要是講解了一些耗時(shí)統(tǒng)計(jì)的方法策略，下面我們就來具體看下如何進(jìn)行啟動耗時(shí)的優(yōu)化。
在啟動分類中我們講過應(yīng)用啟動任務(wù)中有一個(gè)空白window，這是可以作為優(yōu)化的一個(gè)小技巧就是Theme的切換，使用一個(gè)背景圖設(shè)置給Activity，當(dāng)Activity打開后再將主題設(shè)置回來，這樣會讓用戶感覺很快。但其實(shí)從技術(shù)角度講這種優(yōu)化并沒有效果，只是感官上的快。
首先現(xiàn)在res/drawable中新建lanucher.xml文件：
- <layer-list xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
- android:opacity="opaque">
- <item android:drawable="@android:color/white"/>
- <item>
- <bitmap
- android:src="@mipmap/你的圖片"
- android:gravity="fill"/>
- </item>
- </layer-list>
將其設(shè)置給第一個(gè)打開的Activity，如MainActivity：
- <activity android:name=".MainActivity"
- android:theme="@style/Theme.Splash">
- <intent-filter>
- <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
- <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
- </intent-filter>
- </activity>
最后在MainActivity中的onCreate的spuer.onCreate()中將其設(shè)置會原來的主題：
- override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
- setTheme(R.style.AppTheme)
- super.onCreate(savedInstanceState)
- }
- }
這樣就完成了Theme主題的切換。
下面我們說下異步優(yōu)化，異步優(yōu)化顧名思義就是采用異步的方式進(jìn)行任務(wù)的初始化。新建子線程（線程池）分擔(dān)主線稱任務(wù)并發(fā)的時(shí)間，充分利用CPU。
如果使用線程池那么設(shè)置多少個(gè)線程合適呢？這里我們參考了AsyncTask源碼中的設(shè)計(jì)，獲取可用CPU的數(shù)量，并且根據(jù)這個(gè)數(shù)量計(jì)算一個(gè)合理的數(shù)值。
- private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
- private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
- @Override
- public void onCreate() {
- super.onCreate();
- ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(CORE_POOL_SIZE);
- pool.submit(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- initFresco();
- }
- });
- pool.submit(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- initBugly();
- }
- });
- pool.submit(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- initWeex();
- }
- });
- }
這樣我們就將所有的任務(wù)進(jìn)行異步初始化了。我們看下未異步的時(shí)間和異步的對比：
- 未異步時(shí)間：======210
- 異步的時(shí)間：======3
可以看出這個(gè)時(shí)間差還是比較明顯的。這里還有另外一個(gè)問題就是，比如異步初始化Fresco，但是在MainActivity一加載就要使用而Fresco是異步加載的有可能這時(shí)候還沒有加載完成，這樣就會拋異常了，怎么辦呢？這里教大家一個(gè)新的技巧就是使用CountDownLatch，如：
- private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
- private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
- //1表示要被滿足一次countDown
- private CountDownLatch mCountDownLatch = new CountDownLatch(1);
- @Override
- public void onCreate() {
- super.onCreate();
- ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(CORE_POOL_SIZE);
- pool.submit(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- initFresco();
- //調(diào)用一次countDown
- mCountDownLatch.countDown();
- }
- });
- pool.submit(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- initBugly();
- }
- });
- pool.submit(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- initWeex();
- }
- });
- try {
- //如果await之前沒有調(diào)用countDown那么就會一直阻塞在這里
- mCountDownLatch.await();
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
這樣就會一直阻塞在await這里，直到Fresco初始化完成。
以上這種方式大家覺得如何呢？可以解決異步問題，但是我的Demo中只有三個(gè)需要初始化的任務(wù)，在我們真實(shí)的項(xiàng)目中可不止，所以在項(xiàng)目中我們需要書寫很多的子線程代碼，這樣顯然是不夠優(yōu)雅的。部分代碼需要在初始化的時(shí)候就要完成，雖然可以使用countDowmLatch，但是任務(wù)較多的話，也是比較麻煩的，另外就是如果任務(wù)之間存在依賴關(guān)系，這種使用異步就很難處理了。
針對上面這些問題，我給大家介紹一種新的異步方式就是啟動器。核心思想就是充分利用CPU多核，自動梳理任務(wù)順序。核心流程：
- 任務(wù)代碼Task化，啟動邏輯抽象為Task
- 根據(jù)所有任務(wù)依賴關(guān)系排序生成一個(gè)有向無環(huán)圖
- 多線程按照排序后的優(yōu)先級依次執(zhí)行
- TaskDispatcher.init(PerformanceApp.)TaskDispatcher dispatcher = TaskDispatcher.createInstance()dispatcher.addTask(InitWeexTask())
- .addTask(InitBuglyTask())
- .addTask(InitFrescoTask())
- .start()dispatcher.await()LaunchTimer.endRecord()
最后代碼會變成這樣，具體的實(shí)現(xiàn)有向無環(huán)圖邏輯因?yàn)榇a量很多，不方便貼出來，大家可以關(guān)注公眾號獲取。
使用有向無環(huán)圖可以很好的梳理出每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行邏輯，以及它們之間的依賴關(guān)系
延遲初始化
關(guān)于延遲初始化方案這里介紹兩者方式，一種是比較常規(guī)的做法，另外一個(gè)是利用IdleHandler來實(shí)現(xiàn)。
常規(guī)做法就是在Feed顯示完第一條數(shù)據(jù)后進(jìn)行異步任務(wù)的初始化。比如：
- override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
- setTheme(R.style.AppTheme)
- super.onCreate(savedInstanceState)
- mTextView.viewTreeObserver.addOnDrawListener {
- // initTask()
- }
- }
這里有個(gè)問題就是更新UI是在Main線程執(zhí)行的，所以做初始化任務(wù)等耗時(shí)操作時(shí)會發(fā)生UI的卡頓，這時(shí)我們可以使用Handler.postDelay(),但是delay多久呢？這個(gè)時(shí)間是不好控制的。所以這種常規(guī)的延遲初始化方案有可能會導(dǎo)致頁面的卡頓，并且延遲加載的時(shí)機(jī)不好控制。
IdleHandler方式就是利用其特性，只有CPU空閑的時(shí)候才會執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，并且我們可以分批進(jìn)行任務(wù)初始化，可以有效緩解界面的卡頓。代碼如下：
- public class DelayInitDispatcher {
- private Queue<Task> mDelayTasks = new LinkedList<>();
- private MessageQueue.IdleHandler mIdleHandler = new MessageQueue.IdleHandler() {
- @Override
- public boolean queueIdle() {
- if (mDelayTasks.size() > 0) {
- Task task = mDelayTasks.poll();
- new DispatchRunnable(task).run();
- }
- return !mDelayTasks.isEmpty();
- }
- };
- public DelayInitDispatcher addTask(Task task) {
- mDelayTasks.add(task);
- return this;
- }
- public void start() {
- Looper.myQueue().addIdleHandler(mIdleHandler);
- }
- }
我們在界面顯示的后進(jìn)行調(diào)用：
- override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
- setTheme(R.style.AppTheme)
- super.onCreate(savedInstanceState)
- mTextView.viewTreeObserver.addOnDrawListener {
- val delayInitDispatcher = DelayInitDispatcher()
- delayInitDispatcher.addTask(DelayInitTaskA())
- .addTask(DelayInitTaskB())
- .start()
- }
- }
這樣就可以利用系統(tǒng)空閑時(shí)間來延遲初始化任務(wù)了。
懶加載
懶加載就是有些Task只有在特定的頁面才會使用，這時(shí)候我們就沒必要將這些Task放在Application中初始化了，我們可以將其放在進(jìn)入頁面后在進(jìn)行初始化。
其他方案
提前加載SharedPreferences，當(dāng)我們項(xiàng)目的sp很大的時(shí)候初次加載很耗內(nèi)存和時(shí)間的，我們可以將其提前在初始化Multidex（如果使用的話）之前進(jìn)行初始化，充分利用此階段的CPU。
啟動階段不啟動子進(jìn)程，子進(jìn)程會共享CPU資源，導(dǎo)致主CPU資源緊張，另外一點(diǎn)就是在Application生命周期中也不要啟動其他的組件如：service、contentProvider。
異步類加載方式，如何確定哪些類是需要提前異步加載呢？這里我們可以自定義classload，替換掉系統(tǒng)的classload，在我們的classload中打印日志，每個(gè)類在加載的時(shí)候都會觸發(fā)的log日志，然后在項(xiàng)目中運(yùn)行一遍，這樣就拿到了所有需要加載的類了，這些就是需要我們異步加載的類。
- Class.forName()只加載類本身及其靜態(tài)變量的引用類
- new實(shí)例可以額外加載類成員的引用類
總結(jié)
本文主要是講解了啟動耗時(shí)的檢測，從整體流程的耗時(shí)到各個(gè)方法的耗時(shí)以及線程的耗時(shí)，也介紹了工具的選擇和使用，介紹了啟動時(shí)間的優(yōu)化，異步加載、延遲加載、懶加載等等，從常規(guī)方法到更優(yōu)解，講解了很多方式方法，希望能給大家提供一些新的思路和解決問題的方式。也希望大家能在自己的項(xiàng)目中實(shí)戰(zhàn)總結(jié)。
