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對于使用android布局可以進行哪些優(yōu)化？android優(yōu)化的一些實用建議！

漫步云海澗 2021-08-20 14:39:25 瀏覽數(shù) (2082)
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作為程序員我們在完成項目的同時還需要考慮到各種代碼的優(yōu)化，那么今天我們來說下“對于使用android布局可以進行哪些優(yōu)化？”這個問題吧！

前言

Android的繪制優(yōu)化其實可以分為兩個部分，即布局(UI)優(yōu)化和卡頓優(yōu)化，而布局優(yōu)化的核心問題就是要解決因布局渲染性能不佳而導(dǎo)致應(yīng)用卡頓的問題，所以它可以認為是卡頓優(yōu)化的一個子集。

本文主要包括以下內(nèi)容

  1. 為什么要進行布局優(yōu)化及android繪制，布局加載原理
  2. 獲取布局文件加載耗時的方法
  3. 介紹一些布局優(yōu)化的手段與方法
  4. 一些常規(guī)優(yōu)化手段

為什么要進行布局優(yōu)化？

為什么要進行布局優(yōu)化？答案是顯而易見的，如果布局嵌套過深，或者其他原因?qū)е虏季咒秩拘阅懿患?，可能會?dǎo)致應(yīng)用卡頓 那么布局到底是如何導(dǎo)致渲染性能不佳的呢？首先我們應(yīng)該了解下android繪制原理與布局加載原理

android繪制原理

Android的屏幕刷新中涉及到最重要的三個概念（為便于理解，這里先做簡單介紹）

  • CPU：執(zhí)行應(yīng)用層的measure、layout、draw等操作，繪制完成后將數(shù)據(jù)提交給GPU
  • GPU：進一步處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)緩存起來
  • 屏幕：由一個個像素點組成，以固定的頻率（16.6ms，即1秒60幀）從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)來填充像素點

總結(jié)一句話就是：CPU 繪制后提交數(shù)據(jù)、GPU 進一步處理和緩存數(shù)據(jù)、最后屏幕從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并顯示

雙緩沖機制

看完上面的流程圖，我們很容易想到一個問題，屏幕是以16.6ms的固定頻率進行刷新的，但是我們應(yīng)用層觸發(fā)繪制的時機是完全隨機的（比如我們隨時都可以觸摸屏幕觸發(fā)繪制）. 如果在GPU向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)的同時，屏幕也在向緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，會發(fā)生什么情況呢？有可能屏幕上就會出現(xiàn)一部分是前一幀的畫面，一部分是另一幀的畫面，這顯然是無法接受的，那怎么解決這個問題呢？

所以，在屏幕刷新中，Android系統(tǒng)引入了雙緩沖機制

GPU只向Back Buffer中寫入繪制數(shù)據(jù)，且GPU會定期交換Back Buffer和Frame Buffer，交換的頻率也是60次/秒，這就與屏幕的刷新頻率保持了同步。

雖然我們引入了雙緩沖機制，但是我們知道，當(dāng)布局比較復(fù)雜，或設(shè)備性能較差的時候，CPU并不能保證在16.6ms內(nèi)就完成繪制數(shù)據(jù)的計算，所以這里系統(tǒng)又做了一個處理。當(dāng)你的應(yīng)用正在往Back Buffer中填充數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會將Back Buffer鎖定。如果到了GPU交換兩個Buffer的時間點，你的應(yīng)用還在往Back Buffer中填充數(shù)據(jù)，GPU會發(fā)現(xiàn)Back Buffer被鎖定了，它會放棄這次交換。

這樣做的后果就是手機屏幕仍然顯示原先的圖像，這就是我們常常說的掉幀

布局加載原理

由上面可知，導(dǎo)致掉幀的原因是CPU無法在16.6ms內(nèi)完成繪制數(shù)據(jù)的計算。而之所以布局加載可能會導(dǎo)致掉幀，正是因為它在主線程上進行了耗時操作，可能導(dǎo)致CPU無法按時完成數(shù)據(jù)計算

布局加載主要通過setContentView來實現(xiàn)，我們就不在這里貼源碼了，一起來看看它的時序圖

我們可以看到，在setContentView中主要有兩個耗時操作

  • 解析xml,獲取XmlResourceParser,這是IO過程
  • 通過createViewFromTag,創(chuàng)建View對象，用到了反射

以上兩點就是布局加載可能導(dǎo)致卡頓的原因，也是布局的性能瓶頸

獲取布局文件加載耗時的方法

我們?nèi)绻枰獌?yōu)化布局卡頓問題，首先最重要的就是：確定定量標準 所以我們首先介紹幾種獲取布局文件加載耗時的方法

常規(guī)獲取

首先介紹一下常規(guī)方法

val start = System.currentTimeMillis()
setContentView(R.layout.activity_layout_optimize)
val inflateTime = System.currentTimeMillis() - start

這種方法很簡單，因為setContentView是同步方法，如果想要計算耗時，直接將前后時間計算相減即可得到結(jié)果了

AOP(Aspectj,ASM)

上面的方式雖然簡單，但是卻不夠優(yōu)雅，同時代碼有侵入性，如果要對所有Activity測量時，就需要在基類中復(fù)寫相關(guān)方法了，比較麻煩了 下面介紹一種AOP的方式計算耗時

    @Around("execution(* android.app.Activity.setContentView(..))")
    public void getSetContentViewTime(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        Signature signature = joinPoint.getSignature();
        String name = signature.toShortString();
        long time = System.currentTimeMillis();
        try {
            joinPoint.proceed();
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
        }
        Log.i("aop inflate",name + " cost " + (System.currentTimeMillis() - time));
    }

上面用的Aspectj，比較簡單，上面的注解的意思是在setContentView方法執(zhí)行內(nèi)部去調(diào)用我們寫好的getSetContentViewTime方法 這樣就可以獲取相應(yīng)的耗時 我們可以看下打印的日志

I/aop inflate: AppCompatActivity.setContentView(..) cost 69
I/aop inflate: AppCompatActivity.setContentView(..) cost 25

這樣就可以實現(xiàn)無侵入的監(jiān)控每個頁面布局加載的耗時 具體源碼可見文末

獲取任一控件耗時

有時為了更精確的知道到底是哪個控件加載耗時，比如我們新添加了自定義View,需要監(jiān)控它的性能 我們可以利用setFactory2來監(jiān)聽每個控件的加載耗時 首先我們來回顧下setContentView方法

    public final View tryCreateView(@Nullable View parent, @NonNull String name,
        ...
        View view;
        if (mFactory2 != null) {
            view = mFactory2.onCreateView(parent, name, context, attrs);
        } else if (mFactory != null) {
            view = mFactory.onCreateView(name, context, attrs);
        } else {
            view = null;
        }
        ...
        return view;
    }

在真正進行反射實例化xml結(jié)點前，會調(diào)用mFactory2的onCreateView方法 這樣如果我們重寫onCreateView方法，在其前后加上耗時統(tǒng)計，即可獲取每個控件的加載耗時

    private fun initItemInflateListener(){
        LayoutInflaterCompat.setFactory2(layoutInflater, object : Factory2 {
            override fun onCreateView(
                parent: View?,
                name: String,
                context: Context,
                attrs: AttributeSet
            ): View? {
                val time = System.currentTimeMillis()
                val view = delegate.createView(parent, name, context, attrs)
                Log.i("inflate Item",name + " cost " + (System.currentTimeMillis() - time))
                return view
            }

            override fun onCreateView(name: String, context: Context, attrs: AttributeSet): View? {
                return null
            }
        })
    }

如上所示：真正的創(chuàng)建View的方法，仍然是調(diào)用delegate.createView,我們只是其之前與之后做了埋點 注意，initItemInflateListener需要在onCreate之前調(diào)用 這樣就可以比較方便地實現(xiàn)監(jiān)聽每個控件的加載耗時

布局加載優(yōu)化的一些方法介紹

布局加載慢的主要原因有兩個,一個是IO,一個是反射 所以我們的優(yōu)化思路一般有兩個

  1. 側(cè)面緩解(異步加載)
  2. 根本解決(不需要IO,反射過程,如X2C,Anko,Compose等)

AsyncLayoutInflater方案

AsyncLayoutInflater 是來幫助做異步加載 layout 的，inflate(int, ViewGroup, OnInflateFinishedListener) 方法運行結(jié)束之后 OnInflateFinishedListener 會在主線程回調(diào)返回 View；這樣做旨在 UI 的懶加載或者對用戶操作的高響應(yīng)。

簡單的說我們知道默認情況下 setContentView 函數(shù)是在 UI 線程執(zhí)行的，其中有一系列的耗時動作：Xml的解析、View的反射創(chuàng)建等過程同樣是在UI線程執(zhí)行的，AsyncLayoutInflater 就是來幫我們把這些過程以異步的方式執(zhí)行，保持UI線程的高響應(yīng)。

使用如下:

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        new AsyncLayoutInflater(AsyncLayoutActivity.this)
                .inflate(R.layout.async_layout, null, new AsyncLayoutInflater.OnInflateFinishedListener() {
                    @Override
                    public void onInflateFinished(View view, int resid, ViewGroup parent) {
                        setContentView(view);
                    }
                });
        // 別的操作
    }

這樣做的優(yōu)點在于將UI加載過程遷移到了子線程，保證了UI線程的高響應(yīng) 缺點在于犧牲了易用性，同時如果在初始化過程中調(diào)用了UI可能會導(dǎo)致崩潰

X2C方案

X2C是掌閱開源的一套布局加載框架 它的主要是思路是在編譯期，將需要翻譯的layout翻譯生成對應(yīng)的java文件，這樣對于開發(fā)人員來說寫布局還是寫原來的xml，但對于程序來說，運行時加載的是對應(yīng)的java文件。這就將運行時的開銷轉(zhuǎn)移到了編譯時 如下所示,原始xml文件：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
  xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
  xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
  android:layout_width="match_parent"
  android:layout_height="match_parent"
  android:paddingLeft="10dp">

  <include
      android:id="@+id/head"
      layout="@layout/head"
      android:layout_width="wrap_content"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:layout_centerHorizontal="true" />

  <ImageView
      android:id="@+id/ccc"
      style="@style/bb"
      android:layout_below="@id/head" />
</RelativeLayout>

X2C 生成的 Java 文件

public class X2C_2131296281_Activity_Main implements IViewCreator {
  @Override
  public View createView(Context ctx, int layoutId) {
        Resources res = ctx.getResources();

        RelativeLayout relativeLayout0 = new RelativeLayout(ctx);
        relativeLayout0.setPadding((int)(TypedValue.applyDimension(TypedValue.COMPLEX_UNIT_DIP,10,res.getDisplayMetrics())),0,0,0);

        View view1 =(View) new X2C_2131296283_Head().createView(ctx,0);
        RelativeLayout.LayoutParams layoutParam1 = new RelativeLayout.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT,ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT);
        view1.setLayoutParams(layoutParam1);
        relativeLayout0.addView(view1);
        view1.setId(R.id.head);
        layoutParam1.addRule(RelativeLayout.CENTER_HORIZONTAL,RelativeLayout.TRUE);

        ImageView imageView2 = new ImageView(ctx);
        RelativeLayout.LayoutParams layoutParam2 = new RelativeLayout.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT,(int)(TypedValue.applyDimension(TypedValue.COMPLEX_UNIT_DIP,1,res.getDisplayMetrics())));
        imageView2.setLayoutParams(layoutParam2);
        relativeLayout0.addView(imageView2);
        imageView2.setId(R.id.ccc);
        layoutParam2.addRule(RelativeLayout.BELOW,R.id.head);

        return relativeLayout0;
  }
}

使用時如下所示,使用X2C.setContentView替代原始的setContentView即可

// this.setContentView(R.layout.activity_main);
X2C.setContentView(this, R.layout.activity_main);

X2C優(yōu)點

  1. 在保留xml的同時，又解決了它帶來的性能問題
  2. 據(jù)X2C統(tǒng)計，加載耗時可以縮小到原來的1/3

X2C問題

  1. 部分屬性不能通過代碼設(shè)置,Java不兼容
  2. 將加載時間轉(zhuǎn)移到了編譯期，增加了編譯期耗時
  3. 不支持kotlin-android-extensions插件，犧牲了部分易用性

Anko方案

Anko是JetBrains開發(fā)的一個強大的庫,支持使用kotlin DSL的方式來寫UI,如下所示

class MyActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?, persistentState: PersistableBundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState, persistentState)
        MyActivityUI().setContentView(this)
    }
}

class MyActivityUI : AnkoComponent<MyActivity> {
    override fun createView(ui: AnkoContext<MyActivity>) = with(ui) {
        verticalLayout {
            val name = editText()
            button("Say Hello") {
                onClick { ctx.toast("Hello, ${name.text}!") }
            }
        }
    }
}

如上所示，Anko使用kotlin DSL實現(xiàn)布局，它比我們使用Java動態(tài)創(chuàng)建布局方便很多，主要是更簡潔，它和擁有xml創(chuàng)建布局的層級關(guān)系，能讓我們更容易閱讀 同時，它去除了IO與反射過程,性能更好，以下是Anko與XML的性能對比

不過由于AnKo已經(jīng)停止維護了，這里不建議大家使用，了解原理即可 AnKo建議大家使用Jetpack Compose來替代使用

Compose方案

Compose 是 Jetpack 中的一個新成員，是 Android 團隊在2019年I/O大會上公布的新的UI庫,目前處于Beta階段 Compose使用純kotlin開發(fā)，使用簡潔方便，但它并不是像Anko一樣對ViewGroup的封裝 Compose 并不是對 View 和 ViewGroup 這套系統(tǒng)做了個上層包裝來讓寫法更簡單，而是完全拋棄了這套系統(tǒng)，自己把整個的渲染機制從里到外做了個全新的。

可以確定的是,Compose是取代XML的官方方案

Compose的主要優(yōu)點就在于它的簡單好用，具體來說就是兩點

  1. 它的聲明式 UI
  2. 去掉了 xml，只使用 Kotlin 一種語言

由于本文并不是介紹Compose的，所以就不繼續(xù)介紹Compose了，總得來說，Compose是未來android UI開發(fā)的方向,讀者可以自行查閱相關(guān)資料

一些常規(guī)優(yōu)化手段

上面介紹了一些改動比較大的方案，其實我們在實際開發(fā)中也有些常規(guī)的方法可以優(yōu)化布局加載 比如優(yōu)化布局層級，避免過度繪制等，這些簡單的手段可能正是可以應(yīng)用到項目中的

優(yōu)化布局層級及復(fù)雜度

  1. 使用ConstraintLayout,可以實現(xiàn)完全扁平化的布局，減少層級
  2. RelativeLayout本身盡量不要嵌套使用
  3. 嵌套的LinearLayout中，盡量不要使用weight，因為weight會重新測量兩次
  4. 推薦使用merge標簽，可以減少一個層級
  5. 使用ViewStub延遲加載

避免過度繪制

  1. 去掉多余背景色,減少復(fù)雜shape的使用
  2. 避免層級疊加
  3. 自定義View使用clipRect屏蔽被遮蓋View繪制

總結(jié)

那么對于“對于使用android布局可以進行哪些優(yōu)化？”這個問題的優(yōu)化和相關(guān)實現(xiàn)方法我們就分享到這里了，更多有關(guān)于android的相關(guān)內(nèi)容和知識我們都能在W3Cschool中進行學(xué)習(xí)和了解！ 

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