說到 Android 系統(tǒng)手機，大部分人的印象是用了一段時間就變得有點卡頓，有些程序在運行期間莫名其妙的出現(xiàn)崩潰，打開系統(tǒng)文件夾一看，發(fā)現(xiàn)多了很多文件，然后用手機管家 APP 不斷地進行清理優(yōu)化 ，才感覺運行速度稍微提高了點，就算手機在各種性能跑分軟件面前分數(shù)遙遙領先，還是感覺無論有多大的內(nèi)存空間都遠遠不夠用。相信每個使用 Android 系統(tǒng)的用戶都有過以上類似經(jīng)歷，確實，Android 系統(tǒng)在流暢性方面不如 IOS 系統(tǒng)，為何呢，明明在看手機硬件配置上時，Android 設備都不會輸于 IOS 設備，甚至都強于它，關鍵是在于軟件上。

造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，簡單羅列幾點如下：

其實近年來，隨著 Android 版本不斷迭代，Google 提供的Android 系統(tǒng)已經(jīng)越來越流暢，目前最新發(fā)布的版本是 Android 8.0 Oreo 。但是在國內(nèi)大部分用戶用的 Android 手機系是各大廠商定制過的版本，往往不是最新的原生系統(tǒng)內(nèi)核，可能絕大多數(shù)還停留在 Android 5.0 系統(tǒng)上，甚至 Android 6.0 以上所占比例還偏小，更新存在延遲性。

由于 Android 系統(tǒng)源碼是開放的，每個人只要遵從相應的協(xié)議，就可以對源碼進行修改，那么國內(nèi)各個廠商就把基于 Android 源碼改造成自己對外發(fā)布的系統(tǒng)，比如我們熟悉的小米手機 Miui 系統(tǒng)、華為手機 EMUI 系統(tǒng)、Oppo 手機 ColorOS 系統(tǒng)等。由于每個廠商都修改過 Android 原生系統(tǒng)源碼，這里面就會引發(fā)一個問題，那就是著名的Android 碎片化問題，本質(zhì)就是不同 Android 系統(tǒng)的應用兼容性不同，達不到一致性。

由于存在著各種 Android 碎片化和兼容性問題，導致 Android 開發(fā)者在開發(fā)應用時需要對不同系統(tǒng)進行適配，同時每個 Android 開發(fā)者的開發(fā)水平參差不齊，寫出來的應用性能也都存在不同類型的問題，導致用戶在使用過程中用戶體驗感受不同，那么有些問題用戶就會轉(zhuǎn)化為 Android 系統(tǒng)問題，進而影響對Android 手機的評價。

性能優(yōu)化

今天想說的重點是Android APP 性能優(yōu)化，也就是在開發(fā)應用程序時應該注意的點有哪些，如何更好地提高用戶體驗。一個好的應用，除了要有吸引人的功能和交互之外，在性能上也應該有高的要求，即時應用非常具有特色，在產(chǎn)品前期可能吸引了部分用戶，但是用戶體驗不好的話，也會給產(chǎn)品帶來不好的口碑。

那么一個好的應用應該如何定義呢？主要有以下三方面：

業(yè)務/功能

符合邏輯的交互

優(yōu)秀的性能

眾所周知，Android 系統(tǒng)作為以移動設備為主的操作系統(tǒng)，硬件配置是有一定的限制的，雖然配置現(xiàn)在越來越高級，但仍然無法與 PC 相比，在 CPU 和內(nèi)存上使用不合理或者耗費資源多時，就會碰到內(nèi)存不足導致的穩(wěn)定性問題、CPU 消耗太多導致的卡頓問題等。

面對問題時，大家想到的都是聯(lián)系用戶，然后查看日志，但殊不知有關性能類問題的反饋，原因也非常難找，日志大多用處不大，為何呢？因為性能問題大部分是非必現(xiàn)的問題，問題定位很難復現(xiàn)，而又沒有關鍵的日志，當然就無法找到原因了。這些問題非常影響用戶體驗和功能使用，所以了解一些性能優(yōu)化的一些解決方案就顯得很重要了，并在實際的項目中優(yōu)化我們的應用，進而提高用戶體驗。

四個方面

可以把用戶體驗的性能問題主要總結(jié)為4個類別：

流暢

穩(wěn)定

省電、省流量

安裝包小

性能問題的主要原因是什么，原因有相同的，也有不同的，但歸根到底，不外乎內(nèi)存使用、代碼效率、合適的策略邏輯、代碼質(zhì)量、安裝包體積這一類問題，整理歸類如下：

從圖中可以看到，打造一個高質(zhì)量的應用應該以4個方向為目標：快、穩(wěn)、省、小。

快：使用時避免出現(xiàn)卡頓，響應速度快，減少用戶等待的時間，滿足用戶期望。

穩(wěn)：減低 crash 率和 ANR 率，不要在用戶使用過程中崩潰和無響應。

省：節(jié)省流量和耗電，減少用戶使用成本，避免使用時導致手機發(fā)燙。

?。喊惭b包小可以降低用戶的安裝成本。

要想達到這4個目標，具體實現(xiàn)是在右邊框里的問題：卡頓、內(nèi)存使用不合理、代碼質(zhì)量差、代碼邏輯亂、安裝包過大，這些問題也是在開發(fā)過程中碰到最多的問題，在實現(xiàn)業(yè)務需求同時，也需要考慮到這點，多花時間去思考，如何避免功能完成后再來做優(yōu)化，不然的話等功能實現(xiàn)后帶來的維護成本會增加。

一、卡頓優(yōu)化

Android 應用啟動慢，使用時經(jīng)常卡頓，是非常影響用戶體驗的，應該盡量避免出現(xiàn)?？D的場景有很多，按場景可以分為4類：UI 繪制、應用啟動、頁面跳轉(zhuǎn)、事件響應，如圖：

這4種卡頓場景的根本原因可以分為兩大類：

? 界面繪制。主要原因是繪制的層級深、頁面復雜、刷新不合理，由于這些原因?qū)е驴D的場景更多出現(xiàn)在 UI 和啟動后的初始界面以及跳轉(zhuǎn)到頁面的繪制上。

? 數(shù)據(jù)處理。導致這種卡頓場景的原因是數(shù)據(jù)處理量太大，一般分為三種情況：

數(shù)據(jù)在處理 UI 線程，

數(shù)據(jù)處理占用 CPU 高，導致主線程拿不到時間片，

內(nèi)存增加導致 GC 頻繁，從而引起卡頓。

引起卡頓的原因很多，但不管怎么樣的原因和場景，最終都是通過設備屏幕上顯示來達到用戶，歸根到底就是顯示有問題，所以，要解決卡頓，就要先了解 Android 系統(tǒng)的顯示原理。

Android系統(tǒng)顯示原理

Android 顯示過程可以簡單概括為：Android 應用程序把經(jīng)過測量、布局、繪制后的 surface 緩存數(shù)據(jù)，通過 SurfaceFlinger 把數(shù)據(jù)渲染到顯示屏幕上， 通過 Android 的刷新機制來刷新數(shù)據(jù)。也就是說應用層負責繪制，系統(tǒng)層負責渲染，通過進程間通信把應用層需要繪制的數(shù)據(jù)傳遞到系統(tǒng)層服務，系統(tǒng)層服務通過刷新機制把數(shù)據(jù)更新到屏幕上。

我們都知道在 Android 的每個 View 繪制中有三個核心步驟：Measure、Layout、Draw。具體實現(xiàn)是從 ViewRootImp 類的performTraversals() 方法開始執(zhí)行，Measure 和 Layout都是通過遞歸來獲取 View 的大小和位置，并且以深度作為優(yōu)先級，可以看出層級越深、元素越多、耗時也就越長。

真正把需要顯示的數(shù)據(jù)渲染到屏幕上，是通過系統(tǒng)級進程中的 SurfaceFlinger 服務來實現(xiàn)的，那么這個SurfaceFlinger 服務主要做了哪些工作呢？如下：

響應客戶端事件，創(chuàng)建 Layer 與客戶端的 Surface 建立連接。

接收客戶端數(shù)據(jù)及屬性，修改 Layer 屬性，如尺寸、顏色、透明度等。

將創(chuàng)建的 Layer 內(nèi)容刷新到屏幕上。

維持 Layer 的序列，并對 Layer 最終輸出做出裁剪計算。

既然是兩個不同的進程，那么肯定是需要一個跨進程的通信機制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，在 Android 顯示系統(tǒng)中，使用了 Android 的匿名共享內(nèi)存：SharedClient，每一個應用和 SurfaceFlinger 之間都會創(chuàng)建一個SharedClient ，然后在每個 SharedClient 中，最多可以創(chuàng)建 31 個 SharedBufferStack，每個 Surface 都對應一個 SharedBufferStack，也就是一個 Window。

一個 SharedClient 對應一個Android 應用程序，而一個 Android 應用程序可能包含多個窗口，即 Surface 。也就是說 SharedClient 包含的是 SharedBufferStack的集合，其中在顯示刷新機制中用到了雙緩沖和三重緩沖技術(shù)。最后總結(jié)起來顯示整體流程分為三個模塊：應用層繪制到緩存區(qū)，SurfaceFlinger 把緩存區(qū)數(shù)據(jù)渲染到屏幕，由于是不同的進程，所以使用 Android 的匿名共享內(nèi)存 SharedClient 緩存需要顯示的數(shù)據(jù)來達到目的。

除此之外，我們還需要一個名詞：FPS。FPS 表示每秒傳遞的幀數(shù)。在理想情況下，60 FPS 就感覺不到卡，這意味著每個繪制時長應該在16 ms 以內(nèi)。但是 Android 系統(tǒng)很有可能無法及時完成那些復雜的頁面渲染操作。Android 系統(tǒng)每隔 16ms 發(fā)出 VSYNC 信號，觸發(fā)對 UI 進行渲染，如果每次渲染都成功，這樣就能夠達到流暢的畫面所需的 60FPS。如果某個操作花費的時間是 24ms ，系統(tǒng)在得到 VSYNC 信號時就無法正常進行正常渲染，這樣就發(fā)生了丟幀現(xiàn)象。那么用戶在 32ms 內(nèi)看到的會是同一幀畫面，這種現(xiàn)象在執(zhí)行動畫或滑動列表比較常見，還有可能是你的 Layout 太過復雜，層疊太多的繪制單元，無法在 16ms 完成渲染，最終引起刷新不及時。

卡頓根本原因

根據(jù)Android 系統(tǒng)顯示原理可以看到，影響繪制的根本原因有以下兩個方面：

繪制任務太重，繪制一幀內(nèi)容耗時太長。

主線程太忙，根據(jù)系統(tǒng)傳遞過來的 VSYNC 信號來時還沒準備好數(shù)據(jù)導致丟幀。

繪制耗時太長，有一些工具可以幫助我們定位問題。主線程太忙則需要注意了，主線程關鍵職責是處理用戶交互，在屏幕上繪制像素，并進行加載顯示相關的數(shù)據(jù)，所以特別需要避免任何主線程的事情，這樣應用程序才能保持對用戶操作的即時響應。

總結(jié)起來，主線程主要做以下幾個方面工作：

UI 生命周期控制

系統(tǒng)事件處理

消息處理

界面布局

界面繪制

界面刷新

除此之外，應該盡量避免將其他處理放在主線程中，特別復雜的數(shù)據(jù)計算和網(wǎng)絡請求等。

性能分析工具

性能問題并不容易復現(xiàn)，也不好定位，但是真的碰到問題還是需要去解決的，那么分析問題和確認問題是否解決，就需要借助相應的的調(diào)試工具，比如查看 Layout 層次的 Hierarchy View、Android 系統(tǒng)上帶的 GPU Profile 工具和靜態(tài)代碼檢查工具 Lint 等，這些工具對性能優(yōu)化起到非常重要的作用，所以要熟悉，知道在什么場景用什么工具來分析。

1. Profile GPU Rendering

在手機開發(fā)者模式下，有一個卡頓檢測工具叫做：Profile GPU Rendering，如圖：

它的功能特點如下：

一個圖形監(jiān)測工具，能實時反應當前繪制的耗時

橫軸表示時間，縱軸表示每一幀的耗時

隨著時間推移，從左到右的刷新呈現(xiàn)

提供一個標準的耗時，如果高于標準耗時，就表示當前這一幀丟失

2.TraceView

TraceView 是 Android SDK 自帶的工具，用來分析函數(shù)調(diào)用過程，可以對 Android 的應用程序以及 Framework 層的代碼進行性能分析。它是一個圖形化的工具，最終會產(chǎn)生一個圖表，用于對性能分析進行說明，可以分析到每一個方法的執(zhí)行時間，其中可以統(tǒng)計出該方法調(diào)用次數(shù)和遞歸次數(shù)，實際時長等參數(shù)維度，使用非常直觀，分析性能非常方便。

3.Systrace UI 性能分析

Systrace 是 Android 4.1及以上版本提供的性能數(shù)據(jù)采樣和分析工具，它是通過系統(tǒng)的角度來返回一些信息。它可以幫助開發(fā)者收集 Android 關鍵子系統(tǒng)，如 surfaceflinger、WindowManagerService 等 Framework 部分關鍵模塊、服務、View系統(tǒng)等運行信息，從而幫助開發(fā)者更直觀地分析系統(tǒng)瓶頸，改進性能。Systrace 的功能包括跟蹤系統(tǒng)的 I/O 操作、內(nèi)核工作隊列、CPU 負載等，在 UI 顯示性能分析上提供很好的數(shù)據(jù)，特別是在動畫播放不流暢、渲染卡等問題上。

優(yōu)化建議

1.布局優(yōu)化

布局是否合理主要影響的是頁面測量時間的多少，我們知道一個頁面的顯示測量和繪制過程都是通過遞歸來完成的，多叉樹遍歷的時間與樹的高度h有關，其時間復雜度 O(h)，如果層級太深，每增加一層則會增加更多的頁面顯示時間，所以布局的合理性就顯得很重要。

那布局優(yōu)化有哪些方法呢，主要通過減少層級、減少測量和繪制時間、提高復用性三個方面入手。

總結(jié)如下：

減少層級。合理使用 RelativeLayout 和 LinerLayout，合理使用Merge。

提高顯示速度。使用 ViewStub，它是一個看不見的、不占布局位置、占用資源非常小的視圖對象。

布局復用?？梢酝ㄟ^ 標簽來提高復用。

盡可能少用wrap_content。wrap_content 會增加布局 measure 時計算成本，在已知寬高為固定值時，不用wrap_content 。

刪除控件中無用的屬性。

2.避免過度繪制

過度繪制是指在屏幕上的某個像素在同一幀的時間內(nèi)被繪制了多次。在多層次重疊的 UI 結(jié)構(gòu)中，如果不可見的 UI 也在做繪制的操作，就會導致某些像素區(qū)域被繪制了多次，從而浪費了多余的 CPU 以及 GPU 資源。

如何避免過度繪制呢，如下：

布局上的優(yōu)化。移除 XML 中非必須的背景，移除 Window 默認的背景、按需顯示占位背景圖片

自定義View優(yōu)化。使用 canvas.clipRect()來幫助系統(tǒng)識別那些可見的區(qū)域，只有在這個區(qū)域內(nèi)才會被繪制。

3.啟動優(yōu)化

通過對啟動速度的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)影響啟動速度的問題所在，優(yōu)化啟動邏輯，提高應用的啟動速度。啟動主要完成三件事：UI 布局、繪制和數(shù)據(jù)準備。

因此啟動速度優(yōu)化就是需要優(yōu)化這三個過程：

UI 布局。應用一般都有閃屏頁，優(yōu)化閃屏頁的 UI 布局，可以通過 Profile GPU Rendering 檢測丟幀情況。

啟動加載邏輯優(yōu)化?？梢圆捎梅植技虞d、異步加載、延期加載策略來提高應用啟動速度。

數(shù)據(jù)準備。數(shù)據(jù)初始化分析，加載數(shù)據(jù)可以考慮用線程初始化等策略。

4.合理的刷新機制

在應用開發(fā)過程中，因為數(shù)據(jù)的變化，需要刷新頁面來展示新的數(shù)據(jù)，但頻繁刷新會增加資源開銷，并且可能導致卡頓發(fā)生，因此，需要一個合理的刷新機制來提高整體的 UI 流暢度。

合理的刷新需要注意以下幾點：

盡量減少刷新次數(shù)。

盡量避免后臺有高的 CPU 線程運行。

縮小刷新區(qū)域。

5.其他

在實現(xiàn)動畫效果時，需要根據(jù)不同場景選擇合適的動畫框架來實現(xiàn)。有些情況下，可以用硬件加速方式來提供流暢度。