这是我参与「第四届青训营 」笔记创作活动的第16天

性能优化与工具

为什么要做性能优化

• 性能优化改善体验从而提升业务指标
• 长时间的性能优化带来短时间无法被赶上的优势
• 处理器的升级速度放缓，需要软件性能提升
• 提升用户体验

什么是性能优化

• 性能优化的目标：

  • 快：交互处理的速度块
  • 稳：稳定，不容易闪退
  • 省：节省用户内存空间和闪存空间

• 性能优化的分类：

  • 流畅性优化：快-极致的响应与流畅的体验
    • 线程结构：系统实现、输入事件、应用事件、定时事件
    • 界面刷新：VSync信号->16ms刷新一次（60fps）
    • 卡顿(丢帧)产生的原因：输入事件无法及时反应、输入事件的耗时很长、主线程其他任务的耗时
    • 解决卡顿：将耗时操作转到其他线程操作，主线程只负责交互和刷新
  • 资源优化：省-最小负载带来最大收益
    • 方向：软件和硬件资源的优化（主要减少内存消耗）
      • 端侧资源：功耗、内存、储存、CPU、GPU、网络、音量、亮度
      • 服务测资源：CDN宽带、API流量
  • 稳定性优化：稳-稳定的实现，减少不必要打断
    1. Crash：崩溃
    2. Timeout：超时
       • UI Jank 卡顿掉帧
       • ANR 应用无响应
  • 系统级优化：拓展-底层booster
    • 移动操作系统的性能优化
    • 硬件厂商的性能优化

最佳性能优化工具选型

• 性能监控的价值

  • 监控和优化相生相伴
  • 监控有攻有防
    • 攻是为了发现问题，指导优化方向
    • 防是为了发现劣化问题，及时止损
  • 线上监控发现问题并聚合排序，突出比较严重的问题
  • 线下监控辅助线上监控，解决问题

• GPU呈现模式（只能初步归因）

  • 原理：系统通过记录每一帧的相关数据，通过图形的形式呈现出来
  • 优点：无需二次开发，简单易用
  • 缺点：并不完全准确，且无法明确指出造成卡顿问题的具体原因

• Layertool（抖音自研的工具）

  • 目的：准确的找出过渡绘制的布局
  • 原理：遍历ViewTree信息，输出View层级关系
  • 优点：清楚明了，可以宏观感知ViewTree现状，也可以定制，帮助分析overdraw
  • 缺点：还不能够清楚明确的分析出UI的性能瓶颈

• CPU Profiler（自带）

  • 原理：基于JVMTI
  • 优点：完整的方法调用栈输出，支持Java、C、C++方法耗时检测，上手简单
  • 缺点：性能损耗大

• TraceView（自带）

  • Instrument
    • 虚拟监听函数入口回调，Enter/Exit/Unwind
    • 耗时点：读时间、写数据到buffer、加锁等指令
  • Sample
    • 通过定时抓取多次堆栈diff，近似确定杉树的进入和退出时间
    • 耗时点：堆栈diff、同Instrument
    • ps：间隔抓取堆栈的时间越长，性能损耗越少，而越会导致短函数检测不到

• Systrace（重要）

  • ftrace：通过debugfs采集和读取trace数据，记录trace events
  • atrace：用户侧的trace跟踪，聚合所有trace event
  • 系统级的Trace数据：锁监控等

• btrace（aka rhea）-进阶

  • rhea-systrace：全函数插桩，自动生成Trace代码，限制层级数量
  • rhea-mtrace：全函数插桩，抛弃systrace，自己统计函数耗时，最后数据展现同systrace
  • rhea-atrace：优化systrace性能，聚合更多性能数据：类加载、Lock、IO等

如何做性能优化

现状分析

• 耗时成因

  • CPU Time：循环、反射、序列化/反序列化、类解析
  • IO Wait：IO操作时等待IO返回结果
  • IPC：Binder调用耗时
  • Lock Wait：线程等待唤醒
  • CPU Schedule：主线程是可执行状态，但是获取不道CPU时间片

• 运行环境归因（根据耗时成因归因）

  • 目的：根据运行所在线程环境采用不同的策略
  • 归因
    • 主线程优化
    • 运行时优化
    • 后台线程优化

• 启动分析

  • 冷启动（<3s）
    1. 创建进程
    2. ContentProvider init
    3. 应用创建（onCreate）
  • 温启动（进程存在，Activity被销毁）（<1s）
    1. 创建Activity
    2. inflate view hierarchy
  • 热启动（无耗时）
    1. Activity#onStart()

• 渲染分析

  • 渲染耗时
    • inflater：布局初始化
    • init：往布局里填充数据
    • bind：绑定
    • measure/layout/draw
    • overdraw：过度绘制
  • 渲染频率
    • AnimaterFPS
    • Vsync Leak
    • requestlayout loop