Android官方培训课程中文版(v0.9.5)

代码性能优化建议

编写:kesenhoo - 原文:http://developer.android.com/training/articles/perf-tips.html

这篇文章主要介绍一些小细节的优化技巧,虽然这些小技巧不能较大幅度的提升应用性能,但是恰当的运用这些小技巧并发生累积效应的时候,对于整个App的性能提升还是有不小作用的。通常来说,选择合适的算法与数据结构会是你首要考虑的因素,在这篇文章中不会涉及这方面的知识点。你应该使用这篇文章中的小技巧作为平时写代码的习惯,这样能够提升代码的效率。

通常来说,高效的代码需要满足下面两个原则:

  • 不要做冗余的工作
  • 尽量避免执行过多的内存分配操作

在优化App时其中一个难点就是让App能在各种型号的设备上运行。不同版本的虚拟机在不同的处理器上会有不同的运行速度。你甚至不能简单的认为“设备X的速度是设备Y的F倍”,然后还用这种倍数关系去推测其他设备。另外,在模拟器上的运行速度和在实际设备上的速度没有半点关系。同样,设备有没有JIT也对运行速度有重大影响:在有JIT情况下的最优化代码不一定在没有JIT的情况下也是最优的。

为了确保App在各设备上都能良好运行,就要确保你的代码在不同档次的设备上都尽可能的优化。

避免创建不必要的对象

创建对象从来不是免费的。Generational GC可以使临时对象的分配变得廉价一些,但是执行分配内存总是比不执行分配操作更昂贵。

随着你在App中分配更多的对象,你可能需要强制gc,而gc操作会给用户体验带来一点点卡顿。虽然从Android 2.3开始,引入了并发gc,它可以帮助你显著提升gc的效率,减轻卡顿,但毕竟不必要的内存分配操作还是应该尽量避免。

因此请尽量避免创建不必要的对象,有下面一些例子来说明这个问题:

  • 如果你需要返回一个String对象,并且你知道它最终会需要连接到一个StringBuffer,请修改你的函数实现方式,避免直接进行连接操作,应该采用创建一个临时对象来做字符串的拼接这个操作。
  • 当从已经存在的数据集中抽取出String的时候,尝试返回原数据的substring对象,而不是创建一个重复的对象。使用substring的方式,你将会得到一个新的String对象,但是这个string对象是和原string共享内部char[]空间的。

一个稍微激进点的做法是把所有多维的数据分解成一维的数组:

  • 一组int数据要比一组Integer对象要好很多。可以得知,两组一维数组要比一个二维数组更加的有效率。同样的,这个道理可以推广至其他原始数据类型。
  • 如果你需要实现一个数组用来存放(Foo,Bar)的对象,记住使用Foo[]与Bar[]要比(Foo,Bar)好很多。(例外的是,为了某些好的API的设计,可以适当做一些妥协。但是在自己的代码内部,你应该多多使用分解后的容易)。

通常来说,需要避免创建更多的临时对象。更少的对象意味者更少的gc动作,gc会对用户体验有比较直接的影响。

选择Static而不是Virtual

如果你不需要访问一个对象的值,请保证这个方法是static类型的,这样方法调用将快15%-20%。这是一个好的习惯,因为你可以从方法声明中得知调用无法改变这个对象的状态。

常量声明为Static Final

考虑下面这种声明的方式

static int intVal = 42;
static String strVal = "Hello, world!";

编译器会使用一个初始化类的函数,然后当类第一次被使用的时候执行。这个函数将42存入intVal,还从class文件的常量表中提取了strVal的引用。当之后使用intValstrVal的时候,他们会直接被查询到。

我们可以用final关键字来优化:

static final int intVal = 42;
static final String strVal = "Hello, world!";

这时再也不需要上面的方法了,因为final声明的常量进入了静态dex文件的域初始化部分。调用intVal的代码会直接使用42,调用strVal的代码也会使用一个相对廉价的“字符串常量”指令,而不是查表。

Notes:这个优化方法只对原始类型和String类型有效,而不是任意引用类型。不过,在必要时使用static final是个很好的习惯。

避免内部的Getters/Setters

像C++等native language,通常使用getters(i = getCount())而不是直接访问变量(i = mCount)。这是编写C++的一种优秀习惯,而且通常也被其他面向对象的语言所采用,例如C#与Java,因为编译器通常会做inline访问,而且你需要限制或者调试变量,你可以在任何时候在getter/setter里面添加代码。

然而,在Android上,这不是一个好的写法。虚函数的调用比起直接访问变量要耗费更多。在面向对象编程中,将getter和setting暴露给公用接口是合理的,但在类内部应该仅仅使用域直接访问。

在没有JIT(Just In Time Compiler)时,直接访问变量的速度是调用getter的3倍。有JIT时,直接访问变量的速度是通过getter访问的7倍。

请注意,如果你使用ProGuard,你可以获得同样的效果,因为ProGuard可以为你inline accessors.

使用增强的For循环

增强的For循环(也被称为 for-each 循环)可以被用在实现了 Iterable 接口的 collections 以及数组上。使用collection的时候,Iterator会被分配,用于for-each调用hasNext()next()方法。使用ArrayList时,手写的计数式for循环会快3倍(不管有没有JIT),但是对于其他collection,增强的for-each循环写法会和迭代器写法的效率一样。

请比较下面三种循环的方法:

static class Foo {
    int mSplat;
}

Foo[] mArray = ...

public void zero() {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < mArray.length; ++i) {
        sum += mArray[i].mSplat;
    }
}

public void one() {
    int sum = 0;
    Foo[] localArray = mArray;
    int len = localArray.length;

    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        sum += localArray[i].mSplat;
    }
}

public void two() {
    int sum = 0;
    for (Foo a : mArray) {
        sum += a.mSplat;
    }
}
  • zero()是最慢的,因为JIT没有办法对它进行优化。
  • one()稍微快些。
  • two() 在没有做JIT时是最快的,可是如果经过JIT之后,与方法one()是差不多一样快的。它使用了增强的循环方法for-each。

所以请尽量使用for-each的方法,但是对于ArrayList,请使用方法one()。

Tips:你还可以参考 Josh Bloch 的 《Effective Java》这本书的第46条

使用包级访问而不是内部类的私有访问

参考下面一段代码

public class Foo {
    private class Inner {
        void stuff() {
            Foo.this.doStuff(Foo.this.mValue);
        }
    }

    private int mValue;

    public void run() {
        Inner in = new Inner();
        mValue = 27;
        in.stuff();
    }

    private void doStuff(int value) {
        System.out.println("Value is " + value);
    }
}

这里重要的是,我们定义了一个私有的内部类(Foo$Inner),它直接访问了外部类中的私有方法以及私有成员对象。这是合法的,这段代码也会如同预期一样打印出"Value is 27"。

问题是,VM因为FooFoo$Inner是不同的类,会认为在Foo$Inner中直接访问Foo类的私有成员是不合法的。即使Java语言允许内部类访问外部类的私有成员。为了去除这种差异,编译器会产生一些仿造函数:

/*package*/ static int Foo.access$100(Foo foo) {
    return foo.mValue;
}
/*package*/ static void Foo.access$200(Foo foo, int value) {
    foo.doStuff(value);
}

每当内部类需要访问外部类中的mValue成员或需要调用doStuff()函数时,它都会调用这些静态方法。这意味着,上面的代码可以归结为,通过accessor函数来访问成员变量。早些时候我们说过,通过accessor会比直接访问域要慢。所以,这是一个特定语言用法造成性能降低的例子。

如果你正在性能热区(hotspot:高频率、重复执行的代码段)使用像这样的代码,你可以把内部类需要访问的域和方法声明为包级访问,而不是私有访问权限。不幸的是,这意味着在相同包中的其他类也可以直接访问这些域,所以在公开的API中你不能这样做。

避免使用float类型

Android系统中float类型的数据存取速度是int类型的一半,尽量优先采用int类型。

就速度而言,现代硬件上,float 和 double 的速度是一样的。空间而言,double 是两倍float的大小。在空间不是问题的情况下,你应该使用 double 。

同样,对于整型,有些处理器实现了硬件几倍的乘法,但是没有除法。这时,整型的除法和取余是在软件内部实现的,这在你使用哈希表或大量计算操作时要考虑到。

使用库函数

除了那些常见的让你多使用自带库函数的理由以外,记得系统函数有时可以替代第三方库,并且还有汇编级别的优化,他们通常比带有JIT的Java编译出来的代码更高效。典型的例子是:Android API 中的 String.indexOf(),Dalvik出于内联性能考虑将其替换。同样 System.arraycopy()函数也被替换,这样的性能在Nexus One测试,比手写的for循环并使用JIT还快9倍。

Tips:参见 Josh Bloch 的 《Effective Java》这本书的第47条

谨慎使用native函数

结合Android NDK使用native代码开发,并不总是比Java直接开发的效率更好的。Java转native代码是有代价的,而且JIT不能在这种情况下做优化。如果你在native代码中分配资源(比如native堆上的内存,文件描述符等等),这会对收集这些资源造成巨大的困难。你同时也需要为各种架构重新编译代码(而不是依赖JIT)。你甚至对已同样架构的设备都需要编译多个版本:为G1的ARM架构编译的版本不能完全使用Nexus One上ARM架构的优势,反之亦然。

Native 代码是在你已经有本地代码,想把它移植到Android平台时有优势,而不是为了优化已有的Android Java代码使用。

如果你要使用JNI,请学习JNI Tips

Tips:参见 Josh Bloch 的 《Effective Java》这本书的第54条

关于性能的误区

在没有JIT的设备上,使用一种确切的数据类型确实要比抽象的数据类型速度要更有效率(例如,调用HashMap map要比调用Map map效率更高)。有误传效率要高一倍,实际上只是6%左右。而且,在JIT之后,他们直接并没有大多差异。

在没有JIT的设备上,读取缓存域比直接读取实际数据大概快20%。有JIT时,域读取和本地读取基本无差。所以优化并不值得除非你觉得能让你的代码更易读(这对 final, static, static final 域同样适用)。

关于测量

在优化之前,你应该确定你遇到了性能问题。你应该确保你能够准确测量出现在的性能,否则你也不会知道优化是否真的有效。

本章节中所有的技巧都需要Benchmark(基准测试)的支持。Benchmark可以在 code.google.com "dalvik" project 中找到

Benchmark是基于Java版本的 Caliper microbenchmarking框架开发的。Microbenchmarking很难做准确,所以Caliper帮你完成这部分工作,甚至还帮你测了你没想到需要测量的部分(因为,VM帮你管理了代码优化,你很难知道这部分优化有多大效果)。我们强烈推荐使用Caliper来做你的基准微测工作。

我们也可以用Traceview 来测量,但是测量的数据是没有经过JIT优化的,所以实际的效果应该是要比测量的数据稍微好些。

关于如何测量与调试,还可以参考下面两篇文章: