Android 性能监测工具,优化内存、卡顿、耗电、APK的方法

时间:2024-04-04 18:05:33


    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。

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(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。

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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:

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(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                                                                         

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

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(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。

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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。

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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:

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。

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  • 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。

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(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。

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(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

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  • 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:
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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<include>标签重用layout;
  • 提高显示速度,使用<ViewStub>延迟View加载;
  • 减少层级,使用<merge>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:


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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、

    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。