15_Android性能优化

本章是最后一章，主题是Android的性能优化方法和程序设计的一些思想。通过本章的内容，读者可以掌握常见的性能优化方法，这将有助于提高Android程序的性能：另一方面，本章还讲解了Android程序设计的一些思想，这将有助于提高程序的可维护性和扩展性。

Android设备作为一种移动设备，不管是内存还是CPU的性能都受到了一定的限制，无法做到像PC设备那样具有超大的内存和高性能的CPU。鉴于这一点，这也意味着Android程序不可能无限制地使用内存和CPU资源，过多地使用内存会导致程序内存溢出，即OOM。而过多地使用CPU资源，一般是指做大量的耗时任务，会导致手机变得卡顿甚至程序出现无法响应的情况，即ANR。由此来看，Android程序的性能问题就变得异常突出了，这对于开放人员也提出了更高的要求。为了提高应用程序的性能，本章第一节介绍了一些有效的性能优化方法，主要内容包括布局优化、绘制优化、内存泄露优化、响应速度优化、ListView优化、Bitmap优化、线程优化以及一些性能优化建议，同时在介绍响应速度优化的同时还介绍了ANR日志的分析方法。

性能优化中一个很重要的问题就是内存泄露，内存泄露并不会程序功能异常，但是它会导致Android程序的内存占用过大，这将提高内存溢出的发生几率。如何避免写出内存泄露的代码，这个时候就需要借助一些内存泄露分析工具，在本章的第二节将介绍内存泄露分析工具MAT的使用，通过MAT就可以发现一些开发过程中难以发现的内存泄露问题。

在做程序设计时，除了要完成功能开发、提高程序的性能以外，还有一个问题也是不容忽视的，那就是代码的可维护性和可扩展性。如果一个程序的可维护性和可扩展性很差，那就iu意味着后续的代码维护代价是相当高的，比如需要对一个功能做一些调整，这可能会出现牵一发而动全身的局面。另外添加新功能时也觉得无从下手，整个代码看起来可读性很差，这的确是一份很糟糕的代码。关于代码的可维护性和可扩展性，看起来是一个很抽象的问题，其实它并不抽象，它是可以通过一些合理的设计原则去完成的，比如良好的代码风格、清晰的代码层级、代码的可扩展性和合理的设计模式。

15.1 Android的性能优化方法

主要包括布局优化、绘制优化、内存泄露优化、响应速度优化、ListView优化、Bitmap优化、线程优化以及一些性能优化建议，在介绍响应速度优化的同时还介绍了ANR日志的分析方法。

15.1.1 布局优化

布局优化的思想很简单，就是尽量减少布局文件的层级，这个道理是很浅显的，布局中层级少了，这就意味着Android绘制时的工作量少了，那么程序的性能自然就高了。

如何进行布局优化？首先删除布局中无用的控件和层级，其次有选择地使用性能较低的ViewGroup，如果布局中即可以使用 LinearLayout也可以使用ReleativeLayout，那么就采用LinearLayout，这是因为RelativieLayout的功能比较复杂，它的布局过程需要花费更多的CPU世间。FrameLayout和LinearLayout一样都是一种简单高效的ViewGroup，因此可以考虑使用它们，但是很多时候单纯通过一个LinearLayout或者FrameLayout无法实现产品效果，需要通过嵌套的方式来完成。这种情况下还是建议采用RelativeLayout，因为ViewGroup的嵌套就相当于增加了布局的层级，同样会降低程序的性能。

布局优化的另外一种手段是采用<include>标签、<merge>标签和ViewStub。<include>标签主要用于布局重用，<merge>标签一般和<include>配合使用，它可以降低减少布局的层级，而ViewStup则提供了按需加载的功能，当需要时才会ViewStup中的布局加载到内存，这提高了程序的初始化效率

include标签

<inclue>标签可以将一个指定的布局文件加载到当前的布局文件中。

<include layout="@layout/titilebar/>

上面的代码中，@layout/titlebar指定了另外一个布局文件，通过这种方式就不用把titlebar这个布局内容重复写一遍了，这就是<include>的好处。<include>标签支持以android:layout_开头的属性，其他属性是不支持的，比如background。当然，andoid:id这个属性是个特例，如果<include>指定了这个id属性，同时被包含的布局文件的根元素也指定了id属性，那么以<include>指定的属性为准。需要注意的是，如果<include>标签指定了android:layout_*这种属性，那么要求android:layout_width和android:layout_height必须存在，否则其他android:layout_*形式的属性无法生效。

<merge>标签

<merge>标签一般和<include>标签一起使用从而减少布局的层级。在上面的示例中，由于当前布局是一个竖直方向的LinearLayout，这个时候如果被包含的布局文件中也采用了竖直方向的LinearLayout,那么显然被包含的布局文件中的LinearLayout是多余的，通过<merge>标签就可以去掉多余的那一层LinarLayout；

<merge xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
xxxxx
</merge>

ViewStub

ViewStub继承了View，它非常轻量级且宽高都为0，因此它本身不参与任何的布局和绘制过程。ViewStub的意义在于按需加载所需的布局文件，在实际开发中，有很多布局文件在正常情况下不会显示，比如网络异常的界面，这个时候就没有必要在整个界面初始化的时候将其加载进来，通过ViewStub就可以做到在使用的时候再加载，提高了程序初始化性能。

<ViewStub
    android:id="@+id/stub_import"
    android:inlfatedId="@+id/panel_import"
    android:layout="@layout/layout_network_error"
    android:layout_width="mathch_parent"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:layout_qravity="bottom"/>

其中stub_import是ViewStub的id，而panel_import是layout/layout_network_error这个布局的根元素的id。如何做到按需加载呢？在需要加载ViewStub中的布局时，可以按照如下两种方式进行：

((ViewStub)findViewById(R.id.stub_import).setVisibility(View.VISIBLE);
或者
View importPanel = ((ViewStub)findViewById(R.id.stub_import)).inflate();

当ViewStub通过setVisibility或者inlfate方法加载后，ViewStub就会被它内部的布局替换掉，这个时候ViewStub就不再是整个布局结构中的一部分了。另外，目前ViewStub还不支持<merge>标签。

15.1.2 绘制优化

绘制优化是指View的onDraw方法要避免执行大量的操作，这主要体现在两个方面。首先，onDraw中不要创建新的局部对象，这是因为onDraw方法可能会被频繁调用，这样就会一瞬间产生大量的临时对象，这不仅仅占用了过多的内存而且还会导致系统更加频繁gc，降低了程序的执行效率。

另外一方面，onDraw方法中不要做耗时的任务，也不能执行成千万此的循环操作，尽管每次循环都很轻微，但是大量的循环仍然十分抢占CPU，这就会造成View的绘制过程不流畅。

15.1.3 内存泄露优化

内存泄露在开发过程中是一个需要重视的问题，但是由于内存泄露问题对开发人员的经验和开发意识有较高的要求，因此这也是开发人员最容易犯的错误之一。内存泄露的优化分为两个方面，一方面是在开发过程中避免写出内存泄露的代码，另一方面是通过一些分析工具比如MAT来找出潜在的内存泄露然后解决。本节主要介绍一些常见的内存泄露的例子，通过这些例子可以很好的理解内存泄露的发生场景并积累规避内存泄露的经验。

场景1 ：静态变量导致的内存泄露

下面这种情形是一种最简单的内存泄露，相信读者都不会这么干，下面的代码将导致Activity无法正常销毁，因此静态变量sContext引用了它。

public class MainActivity extends Activity{
    private static final String TAG = "MainActivity";
    private static Context sContext;
    
    @Overrid
    protected void onCreate(Bundle saveInstanceState){
        super.onCreate(saveInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        sContext = this;
    }
}

上面的代码也可以改造一下，如下所示。sView是一个静态变量，它内部持有了当前Activity，所以Activity仍然无法释放，估计读者也都明白。

public class MainActivity extends Activity{
    private static final String TAG = "MainActivity";
    private static View sView;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){
        super.onCreate(saveInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        sView = new View(this);
    }
}

场景2：单例模式导致的内存泄露

静态变量导致的内存泄露都太过于明显了，而单例模式所带来的内存泄露是很容易忽视的，如下所示。首先提供一个单例模式的TestManager，TestManager可以接收外部的注册并将外部的监听器存储起来。

public class TestManager{
    private List<OnDataArrivedListener> mOnDataArrivedListeners = new ArrayList<OnDataArrivedListender>();
    
    private static class SingletonHolder{
        public static final TestManager INSTANCE = new TestManager
    }
    
    private static class SingletonHolder{
    public static final TestManager INSTANCE = new TestManager();
}

private TestManager(){
    
}

public static TestManager getInstance(){
    return SingleTonHolder.INSTANCE;
}

public synchronized void registerListener(OnDataarrivedListener listener){
    if(!mOnDataArrivedListeners.contains(listener)){
        mOnDataArrivedListeners.add(listener);
    }
}

public synchronized void unregisterListener(OnDataArrivedListener listener){
    mOnDataArrivedListeners.remove(listener);
}

public interface OndataArrivedListener{
    public void onDataArrived(Object data);
}
}

接着再让Activity实现OnDataArrivedListener接口并向TestManager注册监听，如下所示。下面的代码由于缺少解注册的操作所以会引起内存泄露，泄露的原因是Activity的对像被单例模式的TestManager所持有，而单例模式的特点是其生命周期和Application保持一致，因此Activity对象无法被及时释放。

protected void onCreate(Bundle saveInstanceState){
    super.onCreate(saveInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);
    TestManager.getInstance().registerListenr(this);
}

场景3：属性动画导致的内存泄露

从Android3.0 开始，Google提供了属性动画，属性动画中有一类无限循环的动画，如果在Activity中播放此类动画且没有在onDestroy中去停止动画，那么动画就会一直播放下去，尽管已经无法在界面上看到动画效果了，并且这个时候Activity的View会被动画持有，而View又持有了Activity，最终Activity无法释放。下面的动画是无限动画，会泄露当前Activity，解决方法是在Activity的onDestroy中调用animator.cancel()来停止动画。

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);
    mButton = (Button)findViewById(R.id.button1);
    ObjectAnimtor animator = ObjectAnimator.ofFloat(mButton,"rotation",0,360).setDuration(2000);
    animator.setRepeatCount(ValueAnimator.INFINITE);
    animator.start();
    //animator.cancel();
}

15.1.4 响应速度优化和ANR日志分析

响应速度优化的核心是避免在主线程中做耗时操作，但是有时候的确有很多耗时操作，怎么办？可以将这些耗时操作放在线程中去执行，即采用异步的方式执行耗时操作。响应速度过慢更多体现在Activity的启动速度上面，如果在主线程中做太多事情，会导致Activity启动时出现黑屏现象，甚至出现ANR，而BroadcastReceiver如果10秒钟之内还未执行完操作也会出现ANR，那么怎么定位问题呢？其实当一个进程发生ANR了以后，系统会在/data/anr目录下创建一个文件traces.txt，通过分析这个文件就能定位出ANR的原因，下面模拟一个ANR的场景。下面的代码在Activity的onCreate中休眠30s，程序运行后持续点击屏幕，应用一定会出现ANR:

protected void onCreate(Bundle saveInstanceState){
    super.onCreate(saveInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);
}
SystemClock.sleep(30*1000);

这里先假定我们无法从代码中看出ANR，为了分析ANR的原因，可以查看traces文件：

adb pull /data/anr/traces.txt .

traces文件一般是非常长的。

15.1.5 ListView和Bitmap优化

ListView的优化主要分为三个方面：首先要采用ViewHolder并避免在getView中执行耗时操作；其次要根据列表的滑动状态来控制任务的执行效率，比如当列表滑动时显然是不太适合开启大量的异步任务的；最后可以尝试开启硬件加速来使ListView的滑动更加流畅。

Bitmap的优化主要通过BitmapFactory.Options来根据需要对图片进行采样，采样过程中主要用到了BitampFactory.Options的inSampleSize参数。

15.1.6 线程优化

线程优化的思想是采用线程池，避免程序中存在大量的Thread。线程池可以重用内部的线程，从而避免了线程大量的线程因互相抢占系统资源从而导致阻塞现象的发生。因此在实际开放的最大并发数，避免在实际开发中尽量采用线程池，而不是每次都要创建一个Thread对象。

15.1.7 一些性能优化建议

1 避免创建过多的对象；

2 不要过多使用枚举，枚举占用的内存空间要比整型大；

3 常量请使用static final来修饰；

4 使用一些Android特有的数据结构，比如SpareArray和pair，它们具有更好的性能；

5 适当使用软引用和弱引用；

6 采用内存缓存和磁盘缓存；

7尽量采用静态内部类，这样可以避免潜在的由于内部类而导致的内存泄露。

15.3 提高程序的可维护性

（1）命名要规范，要能正确地传达出变量或者方法的含义，少用缩写，比如私有成员以m开头，静态成员以s开头，常量全部用大写字母表示。

（2）代码的排版需要留出合理的空白来区分不同的代码块，其中同类变量的声明要放在一组。

（3）仅为非常关键的代码添加注释，其他地方不写，这就对变量和方法的命名风格提出了很高的要求，一个合理的命名风格可以让读者阅读源码就像在阅读注释一样。

代码的层次是指代码要有分层的概念，对于一段业务逻辑，不要视图在一个方法或者一个类中去全部实现，而要将它们分成几个子逻辑，然后每个子逻辑做自己的事情，这样既显得代码层次分明，有可以分解任务从而实现简化逻辑的效果。单一职责是和层次性相关联的，代码层次分明，又可以分解任务从而简化逻辑的效果。单一职责是和层次相关联的，代码分层以后，每一层仅仅关注少量的逻辑，这样就做到单一职责。

程序的扩展性标志着开开发人员是否有足够的经验，很多时候在开发过程中我们无法保证已经做好的需求不在后面的版本发生变更，因此在写程序的过程要时刻考虑到扩展性，考虑着如果这个逻辑后面的版本发生改变那么需要做哪些修改，以及怎么样才能降低修改的工作量，面向扩展编程会使程序具有很好的扩展性。

恰当地使用设计模式可以提高代码的可维护性和可扩展性，但是Android程序容易有性能的瓶颈，因此要控制设计的度，设计不能太牵强，否则就是过度设计了,常见的设计模式有很多，比如单例模式、工厂模式，以及观测者模式等。

设计模式的书籍：《大话设计模式》和《Android源码设计模式解析与实战》同时还有《Android群英传》等好书。