說到 Android 系統手機，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崩潰，打開系統文件夾一看，發現多了很多文件，然后用手機管家 APP 不斷地進行清理優化 ，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遙遙領先，還是感覺無論有多大的內存空間都遠遠不夠用。相信每個使用 Android 系統的用戶都有過以上類似經歷，確實，Android 系統在流暢性方面不如 IOS 系統，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 系統已經越來越流暢，目前最新發布的版本是 Android 8.0 Oreo 。但是在國內大部分用戶用的 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內核，可能絕大多數還停留在 Android 5.0 系統上，甚至 Android 6.0 以上所占比例還偏小，更新存在延遲性。

? ? 由于 Android 系統源碼是開放的，每個人只要遵從相應的協議，就可以對源碼進行修改，那么國內各個廠商就把基于 Android 源碼改造成自己對外發布的系統，比如我們熟悉的小米手機 Miui 系統、華為手機 EMUI 系統、Oppo 手機 ColorOS 系統等。由于每個廠商都修改過 Android 原生系統源碼，這里面就會引發一個問題，那就是著名的Android 碎片化問題，本質就是不同 Android 系統的應用兼容性不同，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 開發者在開發應用時需要對不同系統進行適配，同時每個 Android 開發者的開發水平參差不齊，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化為 Android 系統問題，進而影響對Android 手機的評價。

性能優化

今天想說的重點是Android APP 性能優化，也就是在開發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：
? ? ? 業務/功能
? ? ? 符合邏輯的交互
? ? ? 優秀的性能

眾所周知，Android 系統作為以移動設備為主的操作系統，硬件配置是有一定的限制的，雖然配置現在越來越高級，但仍然無法與 PC 相比，在 CPU 和內存上使用不合理或者耗費資源多時，就會碰到內存不足導致的穩定性問題、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的問題，問題定位很難復現，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化的一些解決方案就顯得很重要了，并在實際的項目中優化我們的應用，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為4個類別：
? ? ? 流暢
? ? ? 穩定
? ? ? 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，不外乎內存使用、代碼效率、合適的策略邏輯、代碼質量、安裝包體積這一類問題，整理歸類如下：

從圖中可以看到，打造一個高質量的應用應該以4個方向為目標：快、穩、省、小。

快：使用時避免出現卡頓，響應速度快，減少用戶等待的時間，滿足用戶期望。

穩：減低 crash 率和 ANR 率，不要在用戶使用過程中崩潰和無響應。

省：節省流量和耗電，減少用戶使用成本，避免使用時導致手機發燙。

小：安裝包小可以降低用戶的安裝成本。

要想達到這4個目標，具體實現是在右邊框里的問題：卡頓、內存使用不合理、代碼質量差、代碼邏輯亂、安裝包過大，這些問題也是在開發過程中碰到最多的問題，在實現業務需求同時，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化，不然的話等功能實現后帶來的維護成本會增加。

卡頓優化

Android 應用啟動慢，使用時經常卡頓，是非常影響用戶體驗的，應該盡量避免出現。卡頓的場景有很多，按場景可以分為4類：UI 繪制、應用啟動、頁面跳轉、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，由于這些原因導致卡頓的場景更多出現在 UI 和啟動后的初始界面以及跳轉到頁面的繪制上。

? ? 數據處理。
導致這種卡頓場景的原因是數據處理量太大，一般分為三種情況：
一是數據在處理 UI 線程，
二是數據處理占用 CPU 高，導致主線程拿不到時間片，
三是內存增加導致 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 系統的顯示原理。

Android系統顯示原理

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

我們都知道在 Android 的每個 View 繪制中有三個核心步驟：Measure、Layout、Draw。具體實現是從 ViewRootImp 類的performTraversals() 方法開始執行，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據渲染到屏幕上，是通過系統級進程中的 SurfaceFlinger 服務來實現的，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，創建 Layer 與客戶端的 Surface 建立連接。
? ? ?接收客戶端數據及屬性，修改 Layer 屬性，如尺寸、顏色、透明度等。
? ? ?將創建的 Layer 內容刷新到屏幕上。
? ? ?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數據傳遞，在 Android 顯示系統中，使用了 Android 的匿名共享內存：SharedClient，每一個應用和 SurfaceFlinger 之間都會創建一個SharedClient ，然后在每個 SharedClient 中，最多可以創建 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。最后總結起來顯示整體流程分為三個模塊：應用層繪制到緩存區，SurfaceFlinger 把緩存區數據渲染到屏幕，由于是不同的進程，所以使用 Android 的匿名共享內存 SharedClient 緩存需要顯示的數據來達到目的。

除此之外，我們還需要一個名詞：FPS。FPS 表示每秒傳遞的幀數。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。但是 Android 系統很有可能無法及時完成那些復雜的頁面渲染操作。Android 系統每隔 16ms 發出 VSYNC 信號，觸發對 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 ，系統在得到 VSYNC 信號時就無法正常進行正常渲染，這樣就發生了丟幀現象。那么用戶在 32ms 內看到的會是同一幀畫面，這種現象在執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Android 系統顯示原理可以看到，影響繪制的根本原因有以下兩個方面：

? ?繪制任務太重，繪制一幀內容耗時太長。
? ? ?主線程太忙，根據系統傳遞過來的 VSYNC 信號來時還沒準備好數據導致丟幀。

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據，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，特別復雜的數據計算和網絡請求等。

性能分析工具

性能問題并不容易復現，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試工具，比如查看 Layout 層次的 Hierarchy View、Android 系統上帶的 GPU Profile 工具和靜態代碼檢查工具 Lint 等，這些工具對性能優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
? ? ?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，用來分析函數調用過程，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行時間，其中可以統計出該方法調用次數和遞歸次數，實際時長等參數維度，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據采樣和分析工具，它是通過系統的角度來返回一些信息。它可以幫助開發者收集 Android 關鍵子系統，如 surfaceflinger、WindowManagerService 等 Framework 部分關鍵模塊、服務、View系統等運行信息，從而幫助開發者更直觀地分析系統瓶頸，改進性能。Systrace 的功能包括跟蹤系統的 I/O 操作、內核工作隊列、CPU 負載等，在 UI 顯示性能分析上提供很好的數據，特別是在動畫播放不流暢、渲染卡等問題上。

優化建議

1，布局優化

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。可以通過 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被繪制了多次。在多層次重疊的 UI 結構中，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優化。使用 canvas.clipRect()來幫助系統識別那些可見的區域，只有在這個區域內才會被繪制。

3，啟動優化

通過對啟動速度的監控，發現影響啟動速度的問題所在，優化啟動邏輯，提高應用的啟動速度。啟動主要完成三件事：UI 布局、繪制和數據準備。因此啟動速度優化就是需要優化這三個過程：
? ? ?UI 布局。應用一般都有閃屏頁，優化閃屏頁的 UI 布局，可以通過 Profile GPU Rendering 檢測丟幀情況。
? ? ?啟動加載邏輯優化。可以采用分布加載、異步加載、延期加載策略來提高應用啟動速度。
? ? ?數據準備。數據初始化分析，加載數據可以考慮用線程初始化等策略。

4，合理的刷新機制

在應用開發過程中，因為數據的變化，需要刷新頁面來展示新的數據，但頻繁刷新會增加資源開銷，并且可能導致卡頓發生，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。
? ? ?盡量避免后臺有高的 CPU 線程運行。
? ? ?縮小刷新區域。

5，其他

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