应用冷启动优化分析
前言
关于冷启动的优化方法，网上已经有很多的文章了，总结起来，大概有以下几种优化方式：
- 优化布局，这一步是最简单的，然而如果你的布局不是特别重的话其实优化后效果也不明显。
- 异步加载，现在一个app都会使用各种各样的第三方SDK，这些SDK大都需要在Application中去初始化，如果能让这些SDK在工作线程中去初始化的话，能减轻不少主线程的负担。
- 懒加载，常见的场景是ViewPager + Fragment，或者是一些资源等到使用的时候再去加载。
- 预加载，如果有图片的话可以尝试着去预加载，不要等到布局的时候才去加载，这一步往往能够省出很多时间，因为解码图片是一个比较耗时的操作，特别是对于比较低端的机型。
道理大家都懂，但是怎么去分析，找出这些优化点出来，网上的文章还是比较少的，或者说得没有那么详细。所以，这篇文章主要是记录下最近几个月来，做冷启动优化的一些分析的思路，文章篇幅可能有点长，希望看完之后，对你能有一些帮助。
通过Log查看冷启动时间
要优化应用的冷启动，首先，必须得先知道应用的启动时间。这里找到了三种方法可以大致获取到应用到冷启动时间。
对于应用的冷启动，我们可以通过Activitymanager打印出的log来大致判断
I ActivityManager: Displayed com.xxx.android/.app.ui.activity.MainActivity: +2s725ms
这个时间是从应用启动到第一次绘制之间的时间，但对于用户来讲，关心的是什么时候能够看到内容。所以这个时间并不是很准确。举个例子来说，我们的首页内容是展示图片，Activitymanager打印出来的时间是200ms，这真的是很快的启动速度了。但图片从加载到全部显示给用户的过程耗时是500ms，加起来就是700ms。这个时候你还能说你的启动速度很快吗？另外，这个信息还有一个最大的缺点就是，它只告诉你你的app有多慢，但却不告诉你慢在哪里。不知道问题所在，也就无从下手优化了。
通过录像查看冷启动时间
如果有条件的话，可以用上高速摄像机来将App启动的过程给录下来，然后再通过逐帧回放来确定冷启动的时间。这种方法虽然比较准确，但是性价比太差了！
不过，好消息是，即使我们不用高速摄像机，也可以通过另外的途径来达到这个效果。那就是使用screenrecord命令。(这里参考的是测量Activity 的启动时间)
$ adb shell screenrecord --bugreport /sdcard/launch.mp4
启动命令之后，就可以启动我们的app了（在测试之前，最好将系统的所有动画都给关掉，这样能够不受窗口动画的干扰）。当界面显示出来后，终止掉录像。然后将文件拉到电脑上。
$ adb pull /sdcard/launch.mp4
录像是有了，但却是正常速度播放的，所以我们还需要一个能逐帧查看的视频播放器，比如说Mac上的Quicktime，如果你的Mac带TouchBar的话，那你会发现TouchBar + Quicktime简直是绝配。通过逐帧查看，找到启动的那一刻，然后记录下屏幕左上角的时间点，然后再找到界面显示出来的那一帧，两个时间相减就得到启动时间了。
通过 Systrace 分析应用冷启动
虽然用录屏的方式可以比较准确的获取到启动时间，可通过录屏我们还是不知道到底慢在哪。这时候就该Systrace上场了。不知道Systrace 是什么或者不知道怎么使用的可以看性能工具Systrace。
Systrace有命令行和图形界面两种使用方式，我个人比较喜欢图形界面的方式，因为不用去记住命令，所以这里以图形界面来举例说明。
由于是要测试冷启动，需要先杀掉进程，所以我们选中system_process进程，然后点击启动systrace的按钮，然后会出现一个弹窗。
Systrace
Systrace
Trace Buffer Size(kb): 一般默认就好，如果抓出来的trace出现了did not finish..之类的字样，适当调高这个值。
Enbale Application Traces from: 如果你使用了自定义的trace标签，那这里就需要选中你的进程，这样自定义标签才会生效。
关于下面的勾选项，选得越多，生成的trace越详细。设置完之后，记得先杀掉App进程，然后点击确定，再启动App，生成的trace用Chrome打开。
Systrace
从截图中可以大概看到几个过程：ActivityThreadMain -> bindApplication -> activityStart -> 布局绘制流程(头顶上有F的那几块)。整个冷启动的过程大概是356ms，点击每一个色块，比如截图中我点中的是activityStart，可以在下方到面板看到它的执行时间信息。
这些信息就是系统默认会帮我们打出来的，然而这些信息对于我们来说远远是不够的，好在Android提供了自定义标签。我们可以在感兴趣的阶段插入标签，比如说Application的onCreate方法，Activity的各个生命周期方法，RecyclerView的onCreateViewHolder和onBindViewHolder这些关键的地方。
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
// 插入自定义标签
TraceCompat.beginSection("onCreate");
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
// 和beginSection对应上
TraceCompat.endSection();
}
Systrace
插入标签后，在启动systrace的弹窗中需要选中我们要测试的进程。这里有个小问题就是冷启动需要杀掉进程，而杀掉进程后，在这里你是看不到你的进程的，所以我们可以取个巧，先选中进程，然后再杀掉进程，最后再启动，这样就能抓到我们自定义的trace了。
Systrace
再次看trace，可以看到在activityStart下面多了个我们自定义的onCreate。
方法讲完了，举个例子先，我在项目中的onBindViewHolder打上了标签，得到的trace中有一帧是这样子的：
Systrace
发现了吗？同样都是onBindViewHolder,第一次跟后面七次的总时间加起来差不多，执行时间是50ms，占了这一帧的一半，说明这里肯定是有问题的。这就是systrace的好处，它能让我们很直观的发现到一些问题。同样的，利用systrace，我也发现了项目在Application的onCreate耗时太长，这点不通过systrace其实也很容易找出来，因为在这个回调里面都是一些初始化操作。相反，像上面的第一次onBindViewHolder耗时太长就比较难发现了,最后我查出来的原因是第一次调用时会用到一个Util类，它有一块静态的代码，在这里面去加载so库导致了耗时过长。
使用systrace分析冷启动的使用就到这里，关于它的使用还是要多积累经验才能得心应手。
另外，从systrace上，你会发现inflate一个布局是一个比较耗时的操作，并且如果布局里面有使用到图片资源的话还需要去解码这些资源，也都是耗时的操作。所以这其实也是一个优化点来着。
通过 TraceView 分析应用冷启动
通过Systrace，虽然我们可以大致知道是在哪个流程慢了，比如说bindApplication、ActivityStart或者是整个布局绘制流程慢了。但我们能知道的，也仅限于此了。Systrace只是给我们指明了一个方向，除非我们在每一个方法上打上Systrace的标签，这样得到的trace就能看见这些方法的耗时情况了，但这样做可行性并不高。并且，这个想法，TraceView已经帮我们实现了。TraceView通过收集某个阶段所有函数的运行信息，最后通过图表的形式给我们展示出来。关于TraceView，可以看Android 性能优化：使用 TraceView 找到卡顿的元凶
虽然TraceView很强大，但它的代价就是会让系统变得很卡，因为它的运行时开销严重干扰了运行环境。你想想，TraceView本身的应用就是卡顿场景，然后再加上自身的卡顿，用了之后有时候都在怀疑到底是谁造成的卡顿了。这也是我以前一直拒绝使用TraceView的理由，但是在这一轮冷启动优化的过程中，它的强大，足以让我接受它的缺点。由于TraceView的使用会带来一定的卡顿，所以关于它的数据，大家参考一下，看一下时间的占比就好了，不要太纠结于它给出的真实时间，如果怀疑哪个方法有问题，可以利用Log打印时间或者Systrace来验证一下。
还记得上面在弹窗界面通过取巧的方式来让Systrace可以在冷启动过程中打印出我们的自定义标签吗？最开始我也是用这种思路来操作TraceView的，但后来发现行不通。好在TraceView也可以像Systrace一样通过标签来打点。并且不用像Systrace一样需要选中进程。直接运行app就可以了。
需要注意的是: TraceView默认的文件大小是8M，对于冷启动来说可能还不够，可以根据自己的情况修改文件大小,如指定文件大小为20M：
Debug.startMethodTracing("cold-start", 20 * 1024 * 1024);
这里简单写了一个例子，在MainActivity的onCreate方法中模拟一些耗时的操作。然后打上开始和结束到标签。
public class AppImpl extends Application {
@Override
protected void attachBaseContext(Context base) {
super.attachBaseContext(base);
// 启动TraceView
Debug.startMethodTracing("cold-start");
}
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
}
}
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "MainActivity";
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
new LongTimeClass();
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
String test = "";
for (int i = 0; i < 500; i++) {
test += i;
}
}
private class LongTimeClass {
public LongTimeClass() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
Log.d(TAG, "LongTimeClass: ");
}
}
}
@Override
protected void onResume() {
super.onResume();
// 结束TraceView
Debug.stopMethodTracing();
}
}
冷启动该测试应用后，会在SD卡中生成一个cold-start.trace的文件，我们把它拉到电脑上，用DDMS打开它。
TraceView
无论是上面的时间轴，还是下面的方法区域，看起来都密密麻麻的，刚开始接触这个工具的时候看着就烦。
我们暂时不用看上面的时间轴，在下面的方法区域，点击Incl Cpu Time,根据这个时间来排序，看不懂这些指标的请先看参考文章。可以看到前面那几行都是android相关的，这些我们并不是很关心，直接往下看，或者在下面的搜索框那里输入我们关心的onCreate
TraceView
展开onCreate后，可以看到谁调用它的，以及它都调用了谁。这里有个比较奇怪的地方就是Thread.sleep(50)只占了0.146ms，但它实际上是会阻塞50ms的。下面的图中在后面有一段是空白的就是睡眠50ms。所以如果有一些操作太耗时我们也是可以通过时间线看出来的。
先来看耗时最长的LongTimeClass，点击它就会跳转到这个方法里面去，如图。
TraceView
从下面的区域可以看到，调用它的是MainActivity的onCreate方法，然后这个方法耗时最长的地方是在Log.d方法上面。看到后面的10000/10001了吗？这里表示LongTimeClass的构造方法里面调用了Log.d方法10000次，而Log.d方法总共被调用了100001次，还有一次是在其它地方，同样的，点击Log.d可以查看谁调用了它。
还有一点是，当我们刚才在onCreate那里点击LongTimeClass进行跳转的时候，上面的时间轴会刷新，并标记出时间段，如图上面标记出来的地方，仔细看，可以看到这一段区间下面被括号括起来来，同时，上面也有一段红色的标记。反过来，我们点击时间轴上的方法，下面的方法区域也会跳转到相应的地方。
这里为什么要在类的构造方法中模拟耗时操作也是有原因的。我们在冷启动的时候，什么东西都没有，因此每个对象都需要去重新创建，而在类的构造方法中，可能经常会有耗时的操作是我们容易忽略掉的。还记得上面onBindeViewHolder的例子吗？所以在冷启动阶段，我们要特别注意这一点。快速定位的方法就是先以Incl Cpu Time条件来排序，再通过搜索框，搜索<init>,这能把类的初始化给过滤出来，然后我们再看它的耗时情况。到了后面某个类不再耗时的时候也就不用继续搜索下去了。
看完LongTimeClass，我们再回到onCreate方法中去，可以看到对于String的操作也是比较耗时的，这里也是有优化空间的。
TraceView
上面的Log.d其实也代表着一种情况，就是它本身并不是耗时的操作，但是它被调用了很多次，或者是递归调用了很多次。这种情况我们可以通过Calls+Recur Calls/Total条件来排序。
总结
讲到这里，也就差不多了。最后再来一个总结。对于冷启动的分析，我们可以先通过systrace来分析，先有个大概的了解。在这个阶段，建议在关键的方法中打上自定义的标签。通过systrace大概知道哪些过程比较耗时的时候，就可以通过TraceView来分析了。这里再强调一遍，由于TraceView自身会对性能产生影响，所以它给出的时间并不准确，但这不妨碍我们进行分析，如果有必要，再在相应的地方打上标签再跑一次systrace就好了。
最后，冷启动优化是一个比较考验耐心的过程，不要指望着一次就能找出所有的问题来。并且就算找到了，有时候也是要根据产品的需求来做取舍的。
参考资料
测量Activity 的启动时间
性能工具Systrace
Android 性能优化：使用 TraceView 找到卡顿的元凶
手把手教你使用Systrace（一）
