Google《Android性能优化》学习笔记

发表于

渲染篇

  1. 大多数手机的屏幕刷新频率是60HZ，如果在1000/60=16.67ms内没有办法把这一帧的任务执行完毕，就会发生丢帧的现象。丢帧越多，用户感受的卡顿情况就越严重。
  2. 渲染操作通常依赖于两个核心组件：CPU与GPU。CPU负责包括Measure，Layout，Record，Execute的计算操作，GPU负责Rasterization(栅格化)操作。CPU通常存在的问题的原因是存在非必需的视图组件，它不仅仅会带来重复的计算操作，而且还会占用额外的GPU资源。

    Resterization栅格化是绘制那些Button，Shape，Path，String，Bitmap等组件最基础的操作。它把那些组件拆分到不同的像素上进行显示。这是一个很费时的操作，GPU的引入就是为了加快栅格化的操作。

  3. CPU负责把UI组件计算成Polygons，Texture纹理，然后交给GPU进行栅格化渲染。
  4. Overdraw(过度绘制)描述的是屏幕上的某个像素在同一帧的时间内被绘制了多次。
  5. 减少过度绘制的步骤：
  • 移除Window默认的background
  • XML布局中去除多余的background（一般父布局中的background可以不设置，具体视情况而定）
  1. 自定义view时，需注意有重叠部分时采用ClipRect方法，避免重叠部分被过度绘制
  2. 提升布局性能的关键点时尽量保持布局层级的扁平化，避免出现重复的嵌套布局。

    运算篇

  3. TraceView使用了解
  4. Batching and Caching

    Batching是在真正执行运算操作之前对数据进行批量预处理，例如你需要有这样一个方法，它的作用是查找某个值是否存在于一堆数据中。

  5. 把可能有性能问题的代码放到非主线程中。
  6. Vector，ArrayList,LinkedList,HashMap,SparseArray

    内存篇

  7. Android系统里面有一个Generatioal Heap Memory的模型，系统会根据不同的内存数据类型分别执行不同的GC操作。例如，最近刚分配的对象会放在Young Generation区域，这个区域的对象通常都是会快速被创建并且很快被销毁回收的，同时这个区域的GC操作速度也是比Old Generation区域的GC操作速度更快的。除了速度差异之外，执行GC操作的时候，所有线程的任何操作都会需要暂停，等待GC操作完成之后，其他操作才能够继续运行。通常来说，单个的GC并不会占用太多时间，但是大量不停的GC操作则会显著占用帧间隔时间(16ms)。如果在帧间隔时间里面做了过多的GC操作，那么自然其他类似计算，渲染等操作的可用时间就变得少了。
  8. memory monitor工具
  9. 发生内存泄漏会导致Memory Generation中的剩余可用Heap Size越来越小，这样会导致频繁触发GC，更进一步引起性能问题。

    内存泄漏表示的是不再用到的对象因为被错误引用而无法进行回收。

  10. Memory Churn内存抖动，内存抖动是因为在短时间内大量的对象被创建又马上被释放。瞬间产生大量的对象会严重占用Young Generation的内存区域，当达到阀值，剩余空间不够的时候，会触发GC从而导致刚产生的对象又很快被回收。即使每次分配的对象占用了很少的内存，但是他们叠加在一起会增加Heap的压力，从而触发更多其他类型的GC。这个操作有可能会影响到帧率，并使得用户感知到性能问题。

解决上面的问题有简洁直观方法，如果你在Memory Monitor里面查看到短时间发生了多次内存的涨跌，这意味着很有可能发生了内存抖动。同时我们还可以通过Allocation Tracker来查看在短时间内，同一个栈中不断进出的相同对象。这是内存抖动的典型信号之一。

当你大致定位问题之后，接下去的问题修复也就显得相对直接简单了。例如，你需要避免在for循环里面分配对象占用内存，需要尝试把对象的创建移到循环体之外，自定义View中的onDraw方法也需要引起注意，每次屏幕发生绘制以及动画执行过程中，onDraw方法都会被调用到，避免在onDraw方法里面执行复杂的操作，避免创建对象。对于那些无法避免需要创建对象的情况，我们可以考虑对象池模型，通过对象池来解决频繁创建与销毁的问题，但是这里需要注意结束使用之后，需要手动释放对象池中的对象。

  1. 关于Allocation Tracker工具的使用，不展开了，参考下面的链接：
  1. 三种测量内存工具，各自的特点：
  • Memory Monitor:跟踪整个APP内存变化情况。
  • Heap Viewer：查看当前内存快照，便于对比分析哪些对象有可能发生内存泄露
  • Alloction Tracker：追踪内存对象的来源

    电量篇

  1. 使用WakeLock或者JobScheduler唤醒设备处理定时的任务之后，一定要及时让设备回到初始状态。每次唤醒蜂窝信号进行数据传递，都会消耗很多电量，它比WiFi等操作更加的耗电。
  2. 我们可以通过下面的代码来获取手机的当前充电状态：
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// It is very easy to subscribe to changes to the battery state, but you can get the current
// state by simply passing null in as your receiver.  Nifty, isn't that?
IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
Intent batteryStatus = this.registerReceiver(null, filter);
int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
boolean acCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC);
if (acCharge) {
    Log.v(LOG_TAG,“The phone is charging!”);
}

在上面的例子演示了如何立即获取到手机的充电状态，得到充电状态信息之后，我们可以有针对性的对部分代码做优化。比如我们可以判断只有当前手机为AC充电状态时 才去执行一些非常耗电的操作。

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/**
 * This method checks for power by comparing the current battery state against all possible
 * plugged in states. In this case, a device may be considered plugged in either by USB, AC, or
 * wireless charge. (Wireless charge was introduced in API Level 17.)
 */
private boolean checkForPower() {
    // It is very easy to subscribe to changes to the battery state, but you can get the current
    // state by simply passing null in as your receiver.  Nifty, isn't that?
    IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
    Intent batteryStatus = this.registerReceiver(null, filter);
    // There are currently three ways a device can be plugged in. We should check them all.
    int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
    boolean usbCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB);
    boolean acCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC);
    boolean wirelessCharge = false;
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1) {
        wirelessCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_WIRELESS);
    }
    return (usbCharge || acCharge || wirelessCharge);
}
  1. 一个最简单的唤醒手机的方法是使用PowerManager.WakeLock的API来保持CPU工作并防止屏幕变暗关闭。这使得手机可以被唤醒，执行工作，然后回到睡眠状态。知道如何获取WakeLock是简单的，可是及时释放WakeLock也是非常重要的，不恰当的使用WakeLock会导致严重错误。例如网络请求的数据返回时间不确定，导致本来只需要10s的事情一直等待了1个小时，这样会使得电量白白浪费了。这也是为何使用带超时参数的wakelock.acquice()方法是很关键的。

但是仅仅设置超时并不足够解决问题，例如设置多长的超时比较合适？什么时候进行重试等等？解决上面的问题，正确的方式可能是使用非精准定时器。通常情况下，我们会设定一个时间进行某个操作，但是动态修改这个时间也许会更好。例如，如果有另外一个程序需要比你设定的时间晚5分钟唤醒，最好能够等到那个时候，两个任务捆绑一起同时进行，这就是非精确定时器的核心工作原理。我们可以定制计划的任务，可是系统如果检测到一个更好的时间，它可以推迟你的任务，以节省电量消耗。这正是JobScheduler API所做的事情

JobScheduler会根据当前的情况与任务，组合出理想的唤醒时间，例如等到正在充电或者连接到WiFi的时候，或者集中任务一起执行。我们可以通过这个API实现很多免费的调度算法。

  1. 为了减少电量的消耗，在蜂窝移动网络下，最好做到批量执行网络请求，尽量避免频繁的间隔网络请求。WiFi连接下，网络传输的电量消耗要比移动网络少很多，应该尽量减少移动网络下的数据传输，多在WiFi环境下传输数据。
  2. 使用Job Scheduler，应用需要做的事情就是判断哪些任务是不紧急的，可以交给Job Scheduler来处理，Job Scheduler集中处理收到的任务，选择合适的时间，合适的网络，再一起进行执行。

下面是使用Job Scheduler的一段简要示例，需要先有一个JobService

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public class MyJobService extends JobService {
    private static final String LOG_TAG = "MyJobService";
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        Log.i(LOG_TAG, "MyJobService created");
    }
    @Override
    public void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Log.i(LOG_TAG, "MyJobService destroyed");
    }
    @Override
    public boolean onStartJob(JobParameters params) {
        // This is where you would implement all of the logic for your job. Note that this runs
        // on the main thread, so you will want to use a separate thread for asynchronous work
        // (as we demonstrate below to establish a network connection).
        // If you use a separate thread, return true to indicate that you need a "reschedule" to
        // return to the job at some point in the future to finish processing the work. Otherwise,
        // return false when finished.
        Log.i(LOG_TAG, "Totally and completely working on job " + params.getJobId());
        // First, check the network, and then attempt to connect.
        if (isNetworkConnected()) {
            new SimpleDownloadTask() .execute(params);
            return true;
        } else {
            Log.i(LOG_TAG, "No connection on job " + params.getJobId() + "; sad face");
        }
        return false;
    }
    @Override
    public boolean onStopJob(JobParameters params) {
        // Called if the job must be stopped before jobFinished() has been called. This may
        // happen if the requirements are no longer being met, such as the user no longer
        // connecting to WiFi, or the device no longer being idle. Use this callback to resolve
        // anything that may cause your application to misbehave from the job being halted.
        // Return true if the job should be rescheduled based on the retry criteria specified
        // when the job was created or return false to drop the job. Regardless of the value
        // returned, your job must stop executing.
        Log.i(LOG_TAG, "Whelp, something changed, so I'm calling it on job " + params.getJobId());
        return false;
    }
    /**
     * Determines if the device is currently online.
     */
    private boolean isNetworkConnected() {
        ConnectivityManager connectivityManager =
                (ConnectivityManager) getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
        NetworkInfo networkInfo = connectivityManager.getActiveNetworkInfo();
        return (networkInfo != null && networkInfo.isConnected());
    }
    /**
     *  Uses AsyncTask to create a task away from the main UI thread. This task creates a
     *  HTTPUrlConnection, and then downloads the contents of the webpage as an InputStream.
     *  The InputStream is then converted to a String, which is logged by the
     *  onPostExecute() method.
     */
    private class SimpleDownloadTask extends AsyncTask<JobParameters, Void, String> {
        protected JobParameters mJobParam;
        @Override
        protected String doInBackground(JobParameters... params) {
            // cache system provided job requirements
            mJobParam = params[0];
            try {
                InputStream is = null;
                // Only display the first 50 characters of the retrieved web page content.
                int len = 50;
                URL url = new URL("https://www.google.com");
                HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();
                conn.setReadTimeout(10000); //10sec
                conn.setConnectTimeout(15000); //15sec
                conn.setRequestMethod("GET");
                //Starts the query
                conn.connect();
                int response = conn.getResponseCode();
                Log.d(LOG_TAG, "The response is: " + response);
                is = conn.getInputStream();
                // Convert the input stream to a string
                Reader reader = null;
                reader = new InputStreamReader(is, "UTF-8");
                char[] buffer = new char[len];
                reader.read(buffer);
                return new String(buffer);
            } catch (IOException e) {
                return "Unable to retrieve web page.";
            }
        }
        @Override
        protected void onPostExecute(String result) {
            jobFinished(mJobParam, false);
            Log.i(LOG_TAG, result);
        }
    }
}

然后模拟通过点击Button触发N个任务，交给JobService来处理：

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public class FreeTheWakelockActivity extends ActionBarActivity {
    public static final String LOG_TAG = "FreeTheWakelockActivity";
    TextView mWakeLockMsg;
    ComponentName mServiceComponent;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_wakelock);
        mWakeLockMsg = (TextView) findViewById(R.id.wakelock_txt);
        mServiceComponent = new ComponentName(this, MyJobService.class);
        Intent startServiceIntent = new Intent(this, MyJobService.class);
        startService(startServiceIntent);
        Button theButtonThatWakelocks = (Button) findViewById(R.id.wakelock_poll);
        theButtonThatWakelocks.setText(R.string.poll_server_button);
        theButtonThatWakelocks.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                    pollServer();
            }
        });
    }
    /**
     * This method polls the server via the JobScheduler API. By scheduling the job with this API,
     * your app can be confident it will execute, but without the need for a wake lock. Rather, the
     * API will take your network jobs and execute them in batch to best take advantage of the
     * initial network connection cost.
     *
     * The JobScheduler API works through a background service. In this sample, we have
     * a simple service in MyJobService to get you started. The job is scheduled here in
     * the activity, but the job itself is executed in MyJobService in the startJob() method. For
     * example, to poll your server, you would create the network connection, send your GET
     * request, and then process the response all in MyJobService. This allows the JobScheduler API
     * to invoke your logic without needed to restart your activity.
     *
     * For brevity in the sample, we are scheduling the same job several times in quick succession,
     * but again, try to consider similar tasks occurring over time in your application that can
     * afford to wait and may benefit from batching.
     */
    public void pollServer() {
        JobScheduler scheduler = (JobScheduler) getSystemService(Context.JOB_SCHEDULER_SERVICE);
        for (int i=0; i<10; i++) {
            JobInfo jobInfo = new JobInfo.Builder(i, mServiceComponent)
                    .setMinimumLatency(5000) // 5 seconds
                    .setOverrideDeadline(60000) // 60 seconds (for brevity in the sample)
                    .setRequiredNetworkType(JobInfo.NETWORK_TYPE_ANY) // WiFi or data connections
                    .build();
            mWakeLockMsg.append("Scheduling job " + i + "!\n");
            scheduler.schedule(jobInfo);
        }
    }
}