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Android App 冷启动优化方案

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App 启动优化

启动方式

  • 冷启动

    当启动应用时，后台没有该应用的进程（常见如：进程被杀、首次启动等），这时系统会重新创建一个新的进程分配给该应用

  • 暖启动

    当启动应用时，后台已有该应用的进程（常见如：按back键、home键，应用虽然会退出，但是该应用的进程是依然会保留在后台，可进入任务列表查看），所以在已有进程的情况下，这种启动会从已有的进程中来启动应用

  • 热启动

    相比暖启动，热启动时应用做的工作更少，启动时间更短。热启动产生的场景很多，常见如：用户使用返回键退出应用，然后马上又重新启动应用

热启动和暖启动因为会从已有的进程中来启动，不会再创建和初始化Application

平时我们讨论中基本都会将暖启动和热启动合在一起统称为热启动，因为暖启动与热启动差异很小，如果不是特别留意启动流程，那么在用户体验和感官上没有直接差异，但是在framework层执行时是有一定差异的。本次优化点也是围绕冷启动和热启动来做，将暖启动与热启动统称为热启动

另外有一点，从绝对时间上来看，app安装后的首次启动将会最耗时，因为首次启动会新建数据库，sp文件，各种缓存，配置等

白屏/黑屏问题

  • 白屏或黑屏，具体是哪一个，取决于app的Theme使用的是dark还是light主题

  • Android Studio 引起的白屏

    2.x时代的AS开启了instant run以后可能会导致白屏，但实际完整的apk包不会出现此问题

  • 冷启动引起的白屏/黑屏

    点击你app那一刻到系统调用Activity.onCreate()之间的时间段。在这个时间段内，WindowManager会先加载app主题样式中的windowBackground作为app的预览元素，然后再真正去加载activity的layout布局

  • 暖启动/热启动引起的白屏/黑屏

    这点在配置较好，内存空间充足的手机上不是很明显，但低端手机或者内存吃紧的情况下依旧会出现”闪屏”效果，持续时间很短，一闪而过

优化

我将冷启动优化分为可控阶段和不可控阶段

  • 不可控阶段

    点击app以后到初始化Application之间这段时间，系统接管，从Zygote进程中fork创建新进程，GC回收等等一系列操作，和我们app无关

  • 可控阶段

    初始化Application开始，如下图

    冷启动应用程序工作流示意图

    从上图可以看到，整个冷启动流程中至少有两处onCreate，分别是Application和Activity，整个流程都是可控的。所以，onCreate方法做的事情越多，冷启动消耗的时间越长

启动时间

  • Logcat 自动打印

    从Android 4.4（API 19）开始，Logcat自动帮我们打印出应用的启动时间。这个时间从应用启动（创建进程）开始计算，到完成视图的第一次绘制（即Activity内容对用户可见）为止

    • 冷启动 ：
    04-25 14:53:09.317 869-1214/? I/ActivityManager: Displayed cn.com.dhc.danlu/.shell.activity.InitializeActivity: +4s256ms
04-25 14:53:11.077 869-1214/? I/ActivityManager: Displayed cn.com.dhc.danlu/.shell.main.MainActivity: +559ms
    • 热启动：
    04-25 14:53:20.407 869-1214/? I/ActivityManager: Displayed cn.com.dhc.danlu/.shell.activity.InitializeActivity: +178ms
04-25 14:53:22.447 869-1214/? I/ActivityManager: Displayed cn.com.dhc.danlu/.shell.main.MainActivity: +131ms
    • 这个 log 信息是从com.android.server.am.ActivityRecord#reportLaunchTimeLocked(long curTime)中打印出来的：
    private void reportLaunchTimeLocked(final long curTime) {
   final ActivityStack stack = task.stack;
   final long thisTime = curTime - displayStartTime;
   final long totalTime = stack.mLaunchStartTime != 0
           ? (curTime - stack.mLaunchStartTime) : thisTime;
   if (ActivityManagerService.SHOW_ACTIVITY_START_TIME) {
       Trace.asyncTraceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "launching", 0);
       EventLog.writeEvent(EventLogTags.AM_ACTIVITY_LAUNCH_TIME,
               userId, System.identityHashCode(this), shortComponentName,
               thisTime, totalTime);
       StringBuilder sb = service.mStringBuilder;
       sb.setLength(0);
       sb.append("Displayed ");
       sb.append(shortComponentName);
       sb.append(": ");
       TimeUtils.formatDuration(thisTime, sb);
       if (thisTime != totalTime) {
           sb.append(" (total ");
           TimeUtils.formatDuration(totalTime, sb);
           sb.append(")");
       }
       Log.i(ActivityManagerService.TAG, sb.toString());
   }
   mStackSupervisor.reportActivityLaunchedLocked(false, this, thisTime, totalTime);
   if (totalTime > 0) {
       //service.mUsageStatsService.noteLaunchTime(realActivity, (int)totalTime);
   }
   displayStartTime = 0;
   stack.mLaunchStartTime = 0;
}

// normal time：统计的是 Activity 从启动到界面绘制完毕的时间
// total time ：统计的是 normal time + Activity 栈建立完毕的时间

  • 测量 Activity 启动时间

    Activity的reportFullyDrawn()

    我们可以在Activity的任意位置调用此方法已打印你想看到的、执行完某个方法的最终时间。它会在Logcat里打印从apk初始化（和前面Displayed的时间是一样的）到reportFullyDrawn()方法被调用用了多长时间

    ActivityManager: Displayed com.Android.myexample/.StartupTiming: +768ms

    在4.4上调用reportFullyDrawn()方法会崩溃（但是log还是能正常打印），提示需要UPDATE_DEVICE_STATS权限 ，但是这个权限无法拿到

    try {
reportFullyDrawn();
} catch (SecurityException e) {
}

  • 本地调试启动时间

    本地调试

    上述命令可以直接启动对应包名的对应activity，但要注意不是全部activity都能使用这个命令直接启动

    • 热启动 ：

    热启动

    • 冷启动：

    冷启动

    • 只需要关注TotalTime即可

  • adb screenrecord 命令

    • 首先启动带bugreport选项（它可以在frames中添加时间戳－应该是L中的特性）的screenrecord命令

    录屏

    • 然后点击app图标，等待app显示，ctrl-C停止screenrecord命令，在手机存储中会生 成aunch.mp4视频文件，然后pull到电脑
    • 打开视频逐帧播放，注意视频的上方有一个frame时间戳。一直往前直到你发现app图标高亮了为止。这个时候系统已经处理了图标上的点击事件，开始启动app了，记录下这一帧的时间。继续播放帧直到你看到了app整个UI的第一帧为止。根据不同情况（是否有启动窗口，是否有启动画面等等）。事件和窗口发生的实际顺序可能会有不同。对于一个简单的app来说，你会首先见到启动窗口，然后渐变出app真实的UI。在你看到UI上的任何内容之后，再记录下第一帧，这时app完成了布局和绘制，准备开始显示出来了。同时也记录下这一帧所发生的时间
    • 现在把这两个时间相减 ((UI displayed) - (icon tapped)) 得到app从点击到绘制就绪的所有时间。虽然这个时间包含了进程启动之前的时间，但是至少它可以用于跟其他app比较

由此可见，app冷启动时间大约为4s，热启动时间大约为132ms.

优化方案（仅针对可控区范围）

  • 从启动流程分析

    减少两处onCreate()中的初始化操作，将部分初始化移动到IntentService中进行

  • 从用户体验分析

    将app首页的按返回键响应修改为响应Home键，曲线救国。让用户以为app确实退出了，但是实际上是点了Home键。如此一来，下次点击app图标的时候，直接唤起，不需要进行初始化操作，主要可以避免再次走闪屏页，参考美团，微信，QQ，淘宝等（实现的效果一样，但是实现方式就不得而知了）

    • 微博：启动后点击返回键和Home键的操作一样，底部选中tab没有做自切换
    • 美团：启动后点击返回键和Home键的操作不一样，底部选中tab做了自切换
    • QQ：同微博
    • 淘宝：启动后在首页按返回键，会先回到第一个tab，然后再退出

开始优化

  • 利用Google官方文档推荐的方式，我们将启动页界面的主题设置为SplashTheme。此界面是冷启动后首先加载的界面：

    mainifest

    主题内的代码如下：

    style

    这个主题相当于丢了一张图片作为背景，也就是红色背景Logo和Slogan图片，无版本号

    此时我们已经“消除了”白屏/黑屏页，将冷启动的白屏/黑屏单调的纯色背景替换为我们即将展示给用户的 InitializeActivity界面的图片，从系统的Window到我们自己App跳转过程，使用了全屏属性，以达到无缝跳转

    需要说明的是，这一步做了之后，对整体启动时间并没有任何的减少，时间不变，只是说给用户的体验要友好很多，不再显示一个突兀的白屏/黑屏界面 ------将锅甩给自己app，app太卡，居然在InitializeActivity要等这么久（当然用户不知道的是：系统window界面和InitializeActivity不是同一个界面）

    当然也可以采用另一种方式，那就是将上面的主题中的backgroud设置为透明用户点击了图标开始启动的时候，界面上没有任何变化，因为此时系统启动的那个白屏/黑屏界面背景透明的 ------将锅甩给系统，太卡，点了图标居然隔了这么久才显示InitializeActivity

  • 接下来我们查看Application和InitializeActivity的onCreate()是否有可以迁移到IntentService中的代码：

    • BaseApplication：

    BaseApplication

    ​ 可以看到，其实当中的逻辑不是很多，并且都是需要在Application中初始化完毕的，不能单独提出来进行初始化，其中只有GrowingIO可以考虑提出来

    • MainApplication：

    MainApplication

    ​ 推送初始化可以提出来

    • InitializeActivity：

    ctivityonCreat

    ​ onCreate 中乍看没有什么耗时操作，内部的几个方法也都是必须要的业务逻辑，唯一能动的就是内部针对界面停留做的延时时间，目前是2s，可以减少到1s左右。

  • 最后一步，在MainActivity中处理返回键逻辑。

    将确实是退出的逻辑替换为按Home键：

    activity返回键

    这种做法给用户一个假象：用户按返回键退出，但是实际上并没退出，app处于后台，下次点击图标时直接唤起

    针对这种操作，需要注意几个点

    • 在onRestart中需要判断tab状态
    • 在onSaveInstanceState和onRestoreInstanceState中需要保存和恢复数据，用于判断用户是点了 home还是back，这两种操作需要区分开，同时需要保存tab状态
    • 通过广播监听Home键事件
    • ......

  • 结果

    冷启动：

    优化后冷启动

    热启动：

    优化后热启动

    由上图可知，优化后的冷启动时间大约为3544ms，热启动时间大约为127ms，相比之前的4121ms以及151ms来说有一定的提升，白屏效果也被消除了。

    但是其实提升最大的点不是白屏优化，因为我们没有把Application和Activity中onCreate的逻辑减少并提到IntentService中。

    最大的提升点是，我们让用户退出app时，造成假象，让用户以为他确实退出了app，但实际上我们是藏在后台，当用户热启动或者温启动时，我们不用再经过InitializeActivity的流程进入首页。

总结

  • 白屏/黑屏界面使用图片替换
  • onCreate中尽量避免做过多的初始化动作，如果必须，那么考虑IntentService
  • 首页中对Back和Home键的动作做一些假象，使用户按Back键时以为他退出了，以减少下次启动的不必要动作（建议：非即时消息类和社交类app，这种做法慎用，因为可能有流氓之嫌。。。（逃））
  • Activity#moveTaskToBack(true)

参考资料

TODO

  • 探究：为何新建的 Hello World 工程冷启动白屏时间比线上工程短一些

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