导语


     安卓大军浩浩荡荡，发展已近十个年头，技术优化月新日异，如今 Android 9.0 代号P  都发布了，Android系统性能已经非常流畅了。但是，到了各大厂商手里，改源码自定系统，使得Android原生系统变得鱼龙混杂。另外，到了不同层次的开发工程师手里，因为技术水平的参差不齐，即使很多手机在跑分软件性能非常高，打开应用依然存在卡顿现象。另外，随着产品内容迭代，功能越来越复杂，UI页面也越来越丰富，也成为流畅运行的一种阻碍。综上所述，对APP进行性能优化已成为开发者该有的一种综合素质，也是开发者能够完成高质量应用程序的重要考核之一。

一、性能检测工具


（一）网易开源的Emmagee ， https://github.com/NetEase/Emmagee   

    Emmagee(机关枪)是网易杭州研究院QA团队开发的一个简单易上手的Android性能监测小工具，主要用于监控单个App的CPU，内存，流量，启动耗时，电量，电流等性能状态的变化，且用户可自定义配置监控的频率以及性能的实时显示，并最终生成一份性能统计文件。对于手游实时分析CPU和内存占比帮助非常大。

（1）优势

  1. 开源；
  2. 无需root权限；
  3. 使用方便；
  4. 实时展示数据；
  5. CSV格式保存性能数据，方便转换为其它格式；
  6. 自定义采集频率；
  7. 支持2.2以及以上版本。(由于Google 安全限制，在7.0版本手机不支持，找个低版本手机去测就完了）

（2）检测案例

1、在GitHub下载安装包Apk

2、运行Emmagee.app。可以设置采集频率。

      

3、点击APP"测试报告"查看，也可以配置邮件下发CSV文件。而我选择盗取文件到电脑上用Excel表格看。

（本地内部存储Emmagee目录”storage\sdcard0\Emmagee\某日期时间_APP包名.csv”的文件，即为监控数据）

操作adb查看命令：

[objc]  view plain  copy
  1. $ adb shell    //回车  
  2. $ cd storage/sdcard0/Emmagee/    //回车  
  3. $ ls   //回车 ，结果如下：  
  4.   
  5. 20180605154517_com.daojia.csv  
  6. 20180605160747_me.ele.csv  

*手机导出的csv文件出现乱码，原因是由于导出的CSV文件编码为UTF-8 。解决办法：（Windows）使用记事本打开另存为“ANSI编码”的CSV格式文件即可。(Mac OS）文本编辑打开重新保存即可。

上面分别是对到家点餐APP、饿了么点餐APP的CSV检测数据。移动文件到电脑Excel打开查看：




（二）腾讯开源的GT，https://github.com/TencentOpen/GT


（1）什么是GT?

    GT（随身调）安卓/IOS手机端调测组件，用于APP的性能测试、竞品测试及仅凭一台手机即可进行App测试。 利用GT，仅凭一部手机，无需连接电脑，您即可对APP进行快速的性能测试(CPU、内存、流量、电量、帧率/流畅度等)、 开发日志的查看、Crash日志查看、网络数据包的抓取、APP内部参数的调试、真机代码耗时统计等等；更重要的是，您可以在任意真实场所、 任何时候做如上的系列事情，这就是“APP的场测”。如果您觉得GT提供的功能还不够满足您的需要， 您还可以利用GT提供的基础API自行开发有特殊功能的GT插件（目前，仅iOS版支持）， 帮助您解决更加复杂的APP调试、测试问题。

（2）如何使用？

    GT支持iOS和Android两个手机平台，其中： Android版由一个可直接安装的GT控制台APP 和GT SDK插件扩展检测。GT控制台可以独立安装使用，SDK需嵌入被调测的应用、并利用GT控制台进行信息展示和参数修改。 iOS版是一个Framework包，必须嵌入APP工程，编译出带GT的APP才能使用；iPhone和iPad应用都能支持。

此处以Android版GT控制台APP 检测主功能为案例，简要介绍使用步骤：

1、应用宝下载GT.APP，安装运行GT。

2、选择应用                                                                         

                

3、选择关注的监控数据                          4、结果展示

                                                   

（三）科大讯飞的iTest，http://www.liqucn.com/rj/410791.shtml

iTest官方介绍：

该工具由科大讯飞测试技术部开发，在多个项目中成功应用，具有较高的准确性和稳定性。它填补了手机端自动化测试的空白，以实用高效为宗旨，记录特定应用的性能消耗情况，包括cpu、内存、流量、电量等信息。效果图如下所示。


遗憾本人寻遍全网，只能查找下载安装Apk的地址，查阅其他的相关介绍和资料太少。

毕竟科大讯飞在业界是很有名气的是讯飞语音。

 

（四）Google的开源Battery Historian，https://github.com/google/battery-historian

文档是纯英文版的，使用需要配置环境，包括go/java/python/git的安装与配置。 从github上下载Battery Historian。经过一顿操作后，最终效果图如下。


由于需要花费大量时间和精力成本投入到研究当中，所以后期有机会再补全使用教程。


二、性能优化方法


     使用性能检查工具，可以将自身产品与竞争者产品做对比，发现自身的优势的同时，也可以找到自身产品存在的不足之处。那么，接下来需要思考自身产品如何进行性能的优化和改进的方法。本着人道主义，一切从用户体验的角度去思考，置身处地得把自己当做用户去玩一款应用时候会在意些什么呢？假如饭点将至，需要打开到家APP进行点餐，首先一定不希望，在浏览商家和菜品列表内容很丰富的时候遇到卡顿现象，然后千挑万选后在期待美食将至的心情下准备下单，突然遇到闪退崩溃那简直想卸载到家APP的心都有了。其次就是配送员在配送过程中不希望耗电和耗流量太严重。最后就是版本更新的时候安装包希望能小一点。     用户希望的四个方面需求总结如下：
  1. 稳定（内存溢出、崩溃）
  2. 流畅（卡顿）
  3. 耗损（耗电、流量）
  4. 安装包（APK瘦身）

（一）稳定——内存优化


      由于Android应用的沙箱机制，即每一个Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例，系统默认给每个应用所分配的内存大小是有限度的，例如：华为mate7，192m ；小米4，128m ；红米，128m ；三星SM-N7508v：96m。Android4.0以后，可以通过在application节点中设置属性android:largeHeap=”true”来设置最大可分配多少内存空间就可以突破一定限制。但是，当系统内存太低依然会触发LMK（Low Memory Killer）机制，即闪退、崩溃现象。
以下分享本人总结Java内存分配及Android常见内存泄漏分析相关文章： Java 垃圾回收器的GC机制，看这一篇就够了  Android 内存泄漏常见案例及分析  
了解内存如何分配和回收机制的同学，对内存优化会有一定的认识和掌握。可以借助 内存分析工具，方便定位内存优化的代码。
举个例子，代码如下所示： [java]  view plain  copy
  1. public class CommUtil {  
  2.     private static CommUtil instance;  
  3.     private Context context;  
  4.     private CommUtil(Context context) {  
  5.         this.context=context;  
  6.     }  
  7.     public static CommUtil getInstance(Context context){  
  8.         if(null==instance){  
  9.             instance=new CommUtil(context);  
  10.         }  
  11.         return instance;  
  12.     }  
  13. }  
  14. public class MainActivity extends AppCompatActivity {  
  15.     @Override  
  16.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  17.         super.onCreate(savedInstanceState);  
  18.         setContentView(R.layout.activity_main);  
  19.         CommUtil instance = CommUtil.getInstance(this);//  
  20.     }  
  21. }  
    一个工具类 CommUtil.class 使用创建型设计模式——单例模式，在MainActivity.class中引用，那么这个单例对象会持有Activity的实例。然后运行起来 ，再将手机屏幕旋转几下。这样的代码会造成什么错误？
（旋转屏幕的时候 Activity会被销毁重新创建，但是这里的单例会持有销毁Activity的实例就造成内存泄漏）

使用分析工具如下：

  • Memory Monitor 工具：
    它是Android Studio自带的一个内存监视工具，它可以很好地帮助我们进行内存实时分析。通过点击Android Studio右下角的Memory Monitor标签，打开工具可以看见较浅蓝色代表free的内存，而深色的部分代表使用的内存从内存变换的走势图变换，可以判断关于内存的使用状态，例如当内存持续增高时，可能发生内存泄漏；当内存突然减少时，可能发生GC等，如下图所示。 *案例参考

  • Memory Analyzer 工具：

    MAT(Memory Analyzer Tool) 是一个快速，功能丰富的 Java Heap 分析工具，通过分析 Java 进程的内存快照 HPROF 分析，从众多的对象中分析，快速计算出在内存中对象占用的大小，查看哪些对象不能被垃圾收集器回收，并可以通过视图直观地查看可能造成这种结果的对象。检测步骤如下：

（1）（屏幕多次翻转，出现内存持续增高时）点击 Dump java Heap就会生成运行内存快照hprof文件。


（2）然后将APP完全退出，重新启动，打开Android Monitor 再次点击Dump java Heap 生成一份还没操作(旋转屏幕)前的内存快照hprof文件。现在就已经生成好了2份hprof文件， 一份是没有旋转过屏幕的 ，一份是旋转过屏幕多次的。


（3）然后选中Android Studio 最左边的Captures 进行将hprof文件导出。导出的时候需要选择保存的目录以及文件名。



（4）打开MAT ，导入我们的2个hprof文件 Open File-->选择文件-->Leak Suspects Report-->Finish：*案例参考



  • LeakCanary工具：
    简单，傻瓜式操作。可以在GitHup官网查阅https://github.com/square/leakcanary，我们可以在Gradle文件里添加依赖。这个工具是Square公司在Github开源的。行业内不是有一句话嘛，Square出品必属精品，主流的库像okhttp、Picasso、retrofit、Dagger等都出自Square之手。说到这不得不让我联想到一位在Android开发领域神一般存在的人物，他就是大名鼎鼎的Jake Wharton（杰克.沃顿），ButterKnife的创造者，也参与贡献了Retrofit, okhttp等。

  • Android Lint 工具：
    Android Lint Tool 是Android Sutido种集成的一个Android代码提示工具，它可以给你布局、代码提供非常强大的帮助。 硬编码会提示以级别警告，例如：在布局文件中写了三层冗余的LinearLayout布局、直接在TextView中写要显示的文字、字体大小使用dp而不是sp为单位，就会在编辑器右边看到提示。使用Android Studio的lint可以清除无用的资源文件：点击菜单栏的Analyze -> Run Inspection by Name, 输入unused resource。     当然以上都是一个简单的举例，Lint的功能非常强大，大家应该养成写完代码查看Lint的习惯，这不仅让你及时发现代码种隐藏的一些问题，更能让你养成良好的代码风格，要知道，这些Lint提示可都是Google大牛们汗水合智慧的结晶。

小结

    影响稳定性的原因很多，比如内存使用不合理、代码异常场景考虑不周全、代码逻辑不合理等，都会对应用的稳定性造成影响。其中最常见的两个场景是：Crash 和 ANR，这两个错误将会使得程序无法使用。所以做好Crash监控，把崩溃信息、异常信息收集记录起来，以便后续分析;合理使用主线程处理业务，不要在主线程中做耗时操作，防止ANR程序无响应发生。

二、流畅——交互优化

交互是与用户体验最直接的方面，交互场景大概分为四个部分：UI 绘制、应用启动、页面跳转、事件响应，如图：

四个方面大致归为如下两类：

  • 界面绘制：主要原因是绘制的层级深、页面复杂、刷新不合理，由于这些原因导致卡顿的场景更多出现在 UI 和启动后的初始界面以及跳转到页面的绘制上。

  • 数据处理：导致这种卡顿场景的原因是数据处理量太大，一般分为三种情况，一是数据在处理 UI 线程，二是数据处理占用 CPU 高，导致主线程拿不到时间片，三是内存增加导致 GC 频繁，从而引起卡顿。

分析:

    我们知道Android的绘制步骤是：：Measure、Layout、Draw，所以布局的层级越深、元素越多、耗时也就越长。还有就是Android 系统每隔 16ms 发出 VSYNC 信号，触发对 UI 进行渲染，如果每次渲染都成功，这样就能够达到流畅的画面所需的 60FPS。如果某个操作花费的时间是 24ms ，系统在得到 VSYNC 信号时就无法正常进行正常渲染，这样就发生了丢帧现象。那么用户在 32ms 内看到的会是同一帧画面，无法在 16ms 完成渲染，最终引起刷新不及时。

两个根本原因：

  1. 绘制任务太重，绘制一帧内容耗时太长。

  2. 主线程太忙，根据系统传递过来的 VSYNC 信号来时还没准备好数据导致丢帧。


建议1：布局优化


     在Android种系统对View进行测量、布局和绘制时，都是通过对View数的遍历来进行操作的。如果一个View数的高度太高就会严重影响测量、布局和绘制的速度。Google也在其API文档中建议View高度不宜哦过10层。现在版本种Google使用RelativeLayout替代LineraLayout作为默认根布局，目的就是降低LineraLayout嵌套产生布局树的高度，从而提高UI渲染的效率。
  • 布局复用，使用标签重用layout；
  • 提高显示速度，使用延迟View加载；
  • 减少层级，使用标签替换父级布局；

  • 注意使用wrap_content，会增加measure计算成本；

  • 删除控件中无用属性；


建议2：绘制优化

    过度绘制是指在屏幕上的某个像素在同一帧的时间内被绘制了多次。在多层次重叠的 UI 结构中，如果不可见的 UI 也在做绘制的操作，就会导致某些像素区域被绘制了多次，从而浪费了多余的 CPU 以及 GPU 资源。所以避免过度绘制：

  • 布局上的优化。移除 XML 中非必须的背景，移除 Window 默认的背景、按需显示占位背景图片

  • 自定义View优化。使用 canvas.clipRect()来帮助系统识别那些可见的区域，只有在这个区域内才会被绘制。


建议3：启动优化

  • UI 布局。应用一般都有闪屏页，优化闪屏页的 UI 布局，可以通过 Profile GPU Rendering 检测丢帧情况。
  • 启动加载逻辑优化。可以采用分布加载、异步加载、延期加载策略来提高应用启动速度。
  • 数据准备。数据初始化分析，加载数据可以考虑用线程初始化等策略。

建议4：刷新优化

  • 减少刷新次数；
  • 缩小刷新区域；

建议5：动画优化

  • 在实现动画效果时，需要根据不同场景选择合适的动画框架来实现。有些情况下，可以用硬件加速方式来提供流畅度。


三、节省——耗电优化


    在移动设备中，电池的重要性不言而喻，没有电什么都干不成。对于操作系统和设备开发商来说，耗电优化一致没有停止，去追求更长的待机时间，而对于一款应用来说，并不是可以忽略电量使用问题，特别是那些被归为“电池杀手”的应用，最终的结果是被卸载。因此，应用开发者在实现需求的同时，需要尽量减少电量的消耗。


    在 Android5.0 以前，在应用中测试电量消耗比较麻烦，也不准确，5.0 之后专门引入了一个获取设备上电量消耗信息的 API:Battery Historian。Battery Historian 是一款由 Google 提供的 Android 系统电量分析工具，和Systrace 一样，是一款图形化数据分析工具，直观地展示出手机的电量消耗过程，通过输入电量分析文件，显示消耗情况，最后提供一些可供参考电量优化的方法。


除此之外，还有一些常用方案可提供：

  • 计算优化，避开浮点运算等。

  • 避免 WaleLock 使用不当。

  • 使用 Job Scheduler。



四、APK瘦身


    应用安装包大小对应用使用没有影响，但应用的安装包越大，用户下载的门槛越高，特别是在移动网络情况下，用户在下载应用时，对安装包大小的要求更高，因此，减小安装包大小可以让更多用户愿意下载和体验产品。

常用应用安装包的构成，如图所示：




从图中我们可以看到：

  • assets文件夹。存放一些配置文件、资源文件，assets不会自动生成对应的 ID，而是通过 AssetManager 类的接口获取。

  • res。res 是 resource 的缩写，这个目录存放资源文件，会自动生成对应的 ID 并映射到 .R 文件中，访问直接使用资源 ID。

  • META-INF。保存应用的签名信息，签名信息可以验证 APK 文件的完整性。

  • AndroidManifest.xml。这个文件用来描述 Android 应用的配置信息，一些组件的注册信息、可使用权限等。

  • classes.dex。Dalvik 字节码程序，让 Dalvik 虚拟机可执行，一般情况下，Android 应用在打包时通过 Android SDK 中的 dx 工具将 Java 字节码转换为 Dalvik 字节码。

  • resources.arsc。记录着资源文件和资源 ID 之间的映射关系，用来根据资源 ID 寻找资源。


APK瘦身减少安装包大小的常用方案：

  1. 代码混淆。使用proGuard 代码混淆器工具，它包括压缩、优化、混淆等功能。
  2. 资源优化。比如使用 Android Lint 删除冗余资源，资源文件最少化等。
  3. 图片优化。比如利用 PNG优化工具 对图片做压缩处理。推荐：zopfliPNG
  4. 避免重复功能的库，如果应用在4.0版本以上，使用 WebP图片格式等。
  5. 插件化。比如功能模块放在服务器上，按需下载，可以减少安装包大小。
  6. 可以使用微信开源资源文件混淆工具——AndResGuard 。一般可以压缩apk的1M左右大。


五、小结

    最后说一句，性能优化是一个非常具有挑战性的工作，上面列出很多分析内存、优化内存的方法，但是真正优化工作远不止这么简单，这里只是列举了一些入门的方法，而要进行完美的内存优化、内存分析绝非一日之功，需要开发者深厚的技术功底合耐心。

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