APP优化篇——优化关键评估指标

目前，随着APP行业的竞争越来越激烈，功能也越发丰富，人们评价一款产品的优秀程度，已经不能单纯通过 ”是否具备某些功能“ 来评价某个产品了，纯技术壁垒的产品已经是凤毛麟角，从用户角度，客户端不仅仅需要具备用户的基本诉求功能，流畅程度、发热程度、启动速度等等，分分钟可能让用户放弃你的APP，从而拥向你竞品APP的怀抱。

随着H5技术的快速发展，微信小程序的出现，使用前端相关语言开发，无论是“网页版”APP还是混合开发模式，市场占有率也不断增高，试想如果前端语言开发的产品和Native开发的产品，体验差不多，也就没有原生APP什么事情了， 毕竟开发成本摆在那。谁都不是sha zi，能用一份价格，搞定多个环境（Android手机、iOS手机、PC），相信老板们是很精明的。

那么作为一名Android APP的研发人员，我们应该从哪些角度来优化我们的APP以提高竞争力呢？又应该以什么“标准”来评价自己所做的优化工作是否合理呢？基于这些背景，我总结了一些关于产品优化的几个维度，如图：

1.CPU占用率

网友们也称作使用率，通俗的可以理解为APP在运行过程中，对于CPU资源的使用情况，若CPU使用率过高，会使整个手机无法响应用户，整体性能降低，影响用户体验，也容易引起ANR等问题，故我们的目标是APP正常运行的情况下，CPU使用率越低为好。

常用的测试方法：使用adb命令；使用Android studio profiler；使用各种云测平台；

方法1、基于adb shell dumpsys cpuinfo的方式，此方式可以测试手机中任意packageName的app
adb shell "dumpsys cpuinfo | grep package"     //其中package为具体应用的包名信息
例如： adb shell "dumpsys cpuinfo | grep com.android.browser"  //当前系统浏览器的情况

第一个参数：0.1%即为当前情况下，该应用的CPU使用情况，具体一目了然。

方法2、读取方 /proc/pid/stat的方式
adb  shell cat /proc/stat
Linux层有公共目录。很多公共信息资源由两个虚拟的文件系统提供:
    /proc：包括内存，CPU，网络等
    /sys：设备驱动，网络环境(/sys/class/net/)等
通过/proc这个伪文件系统，我们可以和内核内部数据结构进行交互，获取有关进程的有用信息。

具体的解释，可以看参考文档，里面有具体的说明，图中详细记载8核CPU的使用情况。

方法3、基于Linux的top命令
adb shell top
常用参数一般有如下：
    -m：表示需要展示的进程数目
    -n：结束前需要刷新多少次
    -d：刷新间隔（单位秒）
    -s：按照什么列排序（CPU，VSS，RSS，THR）

输出的信息里面主要包括：
    PID（进程ID），CPU%（CPU使用率），VSS（虚拟内存使用量），RSS（实际物理内存使用量）等等。

我们一般关心的数据列就是我们CPU%。
例如：adb shell top -m 1 -d 0 -n 1

最直观的，应该是使用Android studio的Profiler工具了，具体代码中，出现的方法占用均有明确的信息（当然前提是APP是自己的，如果是别人的APP，用adb测试）：

工具中，详细展示了各个进程的使用情况，通过record一段时间记录，来分析当前环境下，具体代码占用CPU的信息。

参考：https://www.jianshu.com/p/31b1a4aef550

2、内存占用：

在Android系统中，每个APP进程除了同其他进程共享(shared dirty)外，还独用私有内存(private dirty)，通常我们使用PSS(=私有内存+比例分配共享内存)来衡量一个APP的内存开销。移动设备的内存资源是非常有限，为每个APP进程分配的私有内存也是有限制。一方面我们要合理的申请内存使用，以免导致频繁的GC（垃圾回收机制）影响性能和大对象申请发生内存溢出；另一方面，我们要及时释放内存，以免发生内存泄漏。

关于内存涉及几个概念：

Terms
    VSS- Virtual Set Size 虚拟耗用内存（包含共享库占用的内存）
    RSS- Resident Set Size 实际使用物理内存（包含共享库占用的内存）
    PSS- Proportional Set Size 实际使用的物理内存（比例分配共享库占用的内存）
    USS- Unique Set Size 进程独自占用的物理内存（不包含共享库占用的内存）
一般来说内存占用大小有如下规律：VSS >= RSS >= PSS >= USS

参考：https://blog.csdn.net/adaptiver/article/details/7084364

常用的测试方法：使用adb命令；使用Android studio profiler;

方法1、基于adb shell dumpsys meminfo的方式，打印详细的当前环境PSS使用信息
adb shell "dumpsys meminfo | grep package"     //其中package为具体应用的包名信息
例如： adb shell "dumpsys meminfo | 具体应用包名"  //当前系统某个APP的总体情况

例如： adb shell dumpsys meminfo 具体应用包名       //当前系统某个APP的详细信息

方法2、基于adb方  shell top，将内存使用信息以文件方式储存后，再查阅
步骤如下:
    （1）、adb shell top -d 1 > d://meminfo  //将得到的数据输出到pc中d盘的，meminfo文件中
    （2）、操作被测试的应用
    （3）、中断，分析记录的数据，具体命令如下

如果是window的环境，可以使用cgywin，具体工具的安装过程，这里不做详解，来使用cat 命令过滤出想要的APP的内存使用情况信息，linux或者mac的小伙伴就没有这个烦恼了。

cat d://meninfo | grep 具体某个包名

另外，更高级的做法，是通过脚本，将meminfo信息，转换为Excel的分析报告，然后做每个时间段的对比分析图，这里不做方式的延伸，具体感兴趣的小伙伴可以自行查阅相关的资料。
最直观的，应该是使用Android studio的Profiler工具了，具体代码中，出现的方法占用均有明确的信息（当然前提是APP是自己的，如果是别人的APP，用adb测试）：

发现没，和上面查看CPU情况的工具相同，没错，Android Studio 3.+以后，已经做了统一，且去留意sdk tools工具也少了很多bat，例如.9工具，MAT等等

工具中，详细展示了各个进程的使用情况，通过record一段时间记录，来分析当前环境下，具体代码占用内存的信息。

对于运行时内存的优化目标：占用越小越好，扫掉一切内存泄漏的场景

3、启动时间：

通俗理解为，用户打开APP，看到正常的画面，启动分为冷启动和热启动两种。

冷启动：应用程序首次启动，进程首次创建并加载资源的过程；

热启动：应用程序启动后点“back”键、“Home”键，应用程序退到后台，并未被完全“Kill”的状态，再次启动；

冷启动测试：

启动APP命令： adb shell am start -W -n package/activity
停止APP命令： adb shell am force-stop package

package为应用的包名，activity为具体页面，启动测试可以是launcher配置的页面
例如,测试浏览器的启动时间：
    adb shell am start -W -n com.android.browser/.BrowserActivity
    adb shell am force-stop com.android.browser

结果分析: ThisTime:596 这条信息中的时间就作为这次应用启动（冷启动）的耗时，单位是ms。

热启动测试：

启动APP命令： adb shell am start -W -n package/activity
停止APP命令： adb shell input keyevent 3  (发送一个keyevent事件，3代表点击手机上的“back”键)

例如,依旧是测试浏览器的启动时间：
    adb shell input keyevent 3  //关掉上面程序已经冷启动的页面
    adb shell am start -W -n com.android.browser/.BrowserActivity  //重新打开APP

结果分析：ThisTime:196 这条信息中的时间就作为这次应用启动（热启动）的耗时，单位是ms。

更加专业的手段，可以通过监控脚本实现，具体这里不做详细介绍，有兴趣的小伙伴可以另行查阅，资料还是蛮多的。
对于启动时间的优化目标：启动时间越小越好！没有最小，只有更小

4、流畅度：

应用的流畅度是最直接影响用户体验的，与之直接挂钩的概念为 FPS（每秒的帧数），Android系统里定义每秒大于60帧是流畅的（一帧的完成时间是16ms），通过帧率和流畅度曲线，可以帮助开发者分析是否存在UI问题。

平滑的完成一帧意味着任何特殊的帧需要执行所有的渲染代码（包括 framework 发送给 GPU 和 CPU 绘制到缓冲区的命令）都要在 16ms 内完成，才能保持流畅的体验。如果没有在期间完成渲染秒就会发生掉帧。掉帧是用户体验中一个非常核心的问题，丢弃了当前帧，并且之后不能够延续之前的帧率，这种不连续的间隔会容易会引起用户的注意，也就是我们常说的卡顿、不流畅。

测试方法：https://developer.android.com/training/testing/performance?hl=zh-cn

方法1、开发者模式下：“GPU呈现模式分析”， 只要下方的曲线不超过绿线，都可以视之为流畅
方法2、Android设备的“设置”->"开发者选项"，然后勾选“GPU呈现模式分析”，勾选adb shell dumpsys gfxinfo，记录信息到文件中（不同品牌手机路径可能不同）
    例如：adb shell dumpsys gfxinfo {具体某个应用的包名} > d://fps.txt            将某个应用的信息记录到d盘fps文件中

打开生成的fps.txt，找到Profile data in ms这部分数据，也可以将数据添加到Excel中查看
"Draw""  :     创建显示列表(display lists，记录所有view对象的绘制指令)的时间开销。
"Process" :  执行显示列表中绘制指令的时间。UI视窗中的View数量越多，需要执行的绘画命令就越多。
"Execute" :  将一帧图像交给合成器compostior的时间。这部分占用的时间通常比较少

通过图表方式，就很直观了，建议直接测试较复杂的页面，发现Execute这一列明显执行时间变长（大于16ms）后，就得留意看看具体APP对应的页面如何优化了，通过记录数据，与优化前的数据进行对比（例如做个折线图），也能清晰的分析自己的成果。

方法3、在程序中添加BlockCanary,监控程序的卡顿情况，这块资料比较多，不做详细介绍；

对于流畅度的优化目标：控制一帧的完成时间在16ms内

5、过度绘制：

提到过度绘制，相信很多人都知道，产生的原因，一方面是设计的复杂性，但主要还是和研发人员所采用的具体方案决定。常说条条大路通罗马，其实想实现UI的功能，方法很多，走错路也很常见，对于过度绘制的测试主要通过人工进行测试，系统是不会报错的，一不小心就创建了一个多层套用的布局，想从根本上解决问题，还得从健康的习惯开始，首先我们先来几张熟图（被盗来盗去的）。

蓝色：1倍过度绘制
绿色：2倍过度绘制
浅红色：3倍过度绘制
深红色：4倍过度绘制及以上

测试方法有:

方法1、打开开发者选项中的显示GPU过度绘制来进行测试（PS：只有Android4.2及以上的版本才具备此功能)，直接在手机上查看结果；
方法2、使用Android Studio的Tools——>Layout Inspector
    首先启动APP后，打开Activity，然后再使用Inspector分析

这个是使用了分析后的结果，可以看到明显的存在过度绘制的问题，套用层级过多，如使用约束布局，或者自定义View来绘制Item，则可以减少很多层级关系。

凡事得有个标准，我们才能更好的来优化，所以比较流行的验收的标准（网友版）为:
    （1）、不允许出现黑色像素；
    （2）、不允许存在4x过度绘制；
    （3）、不允许存在面积超过屏幕1/4区域的3x过度绘制（淡红色区域）

以上是我们自己的APP的分析，那么我们如何来分析别人的APP呢？

方法3、使用 “uiautomatorviewer” 测试；
    从Android studio 3.1以后会发现没有了DDMS，用uiautomatorviewer可以替代它，路径在：Android SDK->tools->bin->uiautomatorviewer，启动后，可能会遇到“Unable to connect to adb. Check if adb is installed correctly”（我遇到了），此时，将uiautomatorviewer.bat，用NotePad++等工具打开，将文件最后一行的bindir路径修改为SDK的platform-tools所在路径（注意，用完后，还得还原回来，我测试用win10的操作系统，在platform-tools使用后，发现Android studio中Layout Inspector启动不了，下图配置还原后又恢复了）

上图，是我拿手机某个优秀APP来分析的案例，通过UI工具，可以很清晰的，分析别人做的产品使用了哪些布局技术，以及他们的层级关系。通过与优秀的APP做对标，我们来优化自己的APP，目标也就很清晰了。

对于过度绘制的优化目标：减少冗余的层次使用，活用相对布局、约束布局、自定义VIew，ViewGroup、活用Merge，ViewStub，include等等手段。

6、响应时间：

我们通常所说的APP卡、慢通常就是由于页面响应时间过长导致的。

可供参考的标准：
    优秀：0～400ms；
    标准：400ms～2000ms；
    轻微隐患：2000ms～5000ms；
    严重隐患：5000ms以上。

测试方法：

方法1、：使用 “logcat” 测试页面启动时间；
方法2、：使用第三方的云测工具，市面上很多，选择一款即可
    例如：OneAPM，     https://www.oneapm.com/
         华为DevEco,  https://deveco.huawei.com/
         百度测试，    http://bce.baidu.com/product/mat.html
         Testin，     https://www.testin.cn/

这里主要介绍下方式1，logcat这个控制台，相信大家都非常熟悉，通过过滤tag，display即可得到结果。772ms即为此次开启页面所消耗的时间

对于响应时间的优化目标：当然是越短内越好啦！

7、稳定性：

安卓稳定性标准，有两大指标：

（1）、闪退率，闪退率包括java的闪退率以及native闪退率；

（2）、ANR，就是应用没有响应。

主要分两个方面：

（1）、启动崩溃率，
公式 = 应用中一天发生闪退总数 / 应用一天中总的启动次数；

（2）、用户或设备崩溃率，
公式 = 应用一天中发生的闪推用户数（去重）/ 应用一天中总体的活跃用户数；

测试方式：1、上线前（Monkey测试、华为终端云测、Testin云测等等）；2、上线后（友盟统计、腾讯Bugly等等）；

而阿里推荐的优秀的产品，参考标准为：1、参考启动崩溃率：0~0.15%；2、参考设备崩溃率：0~0.2%。与上图的听云的数据大体相同，可以认为是行业的一个标准。

参考数据来源：
https://blog.csdn.net/x32sky/article/details/52778169
https://juejin.im/post/5ab47533f265da237d02f03c

作为开发人员，我们平时在打包Release包后，使用Monkey测试下，还是比较推荐的一种做法（基于测试员和工程师的友好相处法则），而Monkey测试具体标准是需要覆盖70%以上的页面，包括登陆，非登陆状态，并且经过八个小时不崩溃，平时如果是时间比较赶，短时间验证后及时修正明显的问题后，交付专业测试即可。

Monkey测试的方法：
    1、在adb的目录，使用adb shell monkey测试；
    2、如果Android studio已经配置了adb的路径，可以直接在Terminal控制台，输入指令；
具体指令为（指令比较多，这里只罗列了几个）：
    adb shell monkey -p {包名} -v {后面的测试的次数} –throttle {延迟时间} > {测试文件路径}
例如：
    adb shell monkey -p xxx.xxx.xxx -v 100 –throttle 300 > D:\MTestLog.txt
    针对包名为xxx.xxx.xxx的产品进行测试，每个事件执行时间为300ms,执行100个事件，并将测试报告输出到d盘的MTestLog.txt文件上
    如果，monkey设置运行时间过长，期望中断，则可以按如下命令执行：
      （1）、adb shell
      （2）、ps | grep monkey 得到monkey进程号
      （3）、kill pid [刚才查到的进程号]

monkey -help：可查看参数说明列表。参数选项有：
（1） -p 包名1 -p 包名2 … ：指定一或多个待测试的包，若不指定则测试中可打开任意APP；
（2） -v:指定打印日志的详细程度，有‘-v’,'-v -v','-v -v -v'三个级别；
（3） -s seed值：在测试中，虽然用户操作序列（每次操作按一定的顺序所组成的一系列操作）是随机生成的，但只要对同一个包指定相同的Seed值，就能使测试事件相同，可用于排错。所以也说这个操作序列是伪随机的。若不添加此参数，结果中会自动生成seed值；
（4） –-throttle 毫秒数：指定操作（即事件）间的时延，单位是毫秒；
（5） –-ignore-crashes：使得操作序列可以全部执行完，而不会在发生崩溃时就终止程序进程；
（6） –ignore-timeouts：使得操作序列可以全部执行完，而不会在发生ANR(Android Not Responding)时就终止程序进程；
（7） –-ignore-security-exceptions：使得操作序列可以全部执行完，而不会在发生许可错误时（如证书许可，网络许可等）时就终止程序进程；
（8） –-kill-process-after-error：使得当应用程序发生错误时停止运行并保持在当前状态，即仅是静止在发生错误时的状态，而不是结束该应用程序的进程；
（9） –-monitor-native-crashes：指定监视并报告应用程序发生崩溃的本地代码；
（10）–-pct-事件1 事件百分比1 -pct-事件2 事件百分比2 … ：用于指定某类事件数目占总事件数目的百分比；

其中所指定事件参数选项可为：
    -flip(点击事件)
    -touch(触摸事件是一个down-up事件)
    -motion(动作事件由一个down事件、一系列的伪随机事件和一个up事件组成)
    -trackball(轨迹事件，在屏幕上进行随机拖动)
    -nav(基本导航事件，如上下左右键)
    -majornav（主要导航事件，通常引发图形界面中的动作）
    -syskeys(系统按键事件指如系统按键Home、Back、Start Call、End Call及volumeControl)
    -appswitch(启动activity事件)
    -anyevent(其它类型事件)
    注意，各事件类型的百分比总数不能超过100

实际开发过程，可以通过脚本，例如Python等，指定点击设备的具体位置，流程化的进行测试验证，具体可以参考：

https://juejin.im/entry/59a7d23a6fb9a024a27c0e85 //含scriptfile、python

稳定性优化的目标：崩溃率控制在优秀的范围内，越小越好，且问题越早发现越好，上线前做下灰度测试也是不错的选择。

8、消耗电量：

相对于PC来说，移动设备的电池电量是非常有限的，保持持久的续航能力尤为重要。Android的很多特性都比较耗电(如屏幕，GPS，sensor传感器，唤醒机制，CPU，连网等的使用)，我们必须要慎重检查APP的电量使用，以免导致用户手机耗电发热，带来不良体验。

测试方法，测试手机安装目标APK前后待机功耗无明显差异， 常见使用场景中能够正常进入待机，待机电流在正常范围内。长时间连续使用应用无异常耗电现象；电量测试的方法分为软件测试和硬件测试两类。
测试手段包含软件测试和硬件测试两类，这里主要介绍下软件测试的手段：

方法1、通过BatteryManager发的广播来做分析，可参考：http://hukai.me/android-training-course-in-chinese/performance/monitor-device-state/battery-monitor.html
方法2.1、adb shell dumpsys battery来获取，本地分析
方法2.2、historian.py脚本 + Python环境
    （1）、下载historian.py脚本，下载地址：https://github.com/google/battery-historian
    （2）、依旧是方式1，系统方式，记录日志文件，初始化batterystats数据
          adb shell dumpsys batterystats--reset
    （3）、拔掉手机，操作APP，操作完成后，重新连接手机，执行下面的命令，收集系统整体的Battery数据
          adb shell dumpsys batterystats > batterystats.txt
    （4）、得到这些数据后，这个时候使用我们的battery-historian来生成我们可见HTML报告
          python historian.py batterystats.txt > batterystats.html
    （5）、浏览器打开，分析具体结果

如图，level值就是电量，取测试结束后和测试开始时的电量做差，就是我们要得到的测试过程中电量的消耗

方法3、使用腾讯的GT APP，操作选中APP后，将生成的.csv文件保存到本地，再进行分析，如图停止后，获取生成的文件，SD卡目录，找到GT文件夹，具体的分析过程，不在此详细描述

参考：http://gt.tencent.com/docs/a/GTAndroidUserGuide.pdf

方法4、采用市场上提供的第三方工具

耗电量的优化目标，根据不同APP的情况，视频类，游戏类等等，寻找发热原因，优化代码才是关键

9、安装包大小：

包体大小能被列为性能指标，是从APP性能指标及运营两个维度考虑的，用户是更希望包体小的同时性能要好，有时它们会是一个互相取舍的关系。对Android Apk包的资源文件进行解析，分析冗余资源文件，可压缩资源文件，并计算可压缩的比例。

优化方法：

方法1、通过Android studio的分析工具，删除冗余的“历史资源”

方法2、通过Gradle的配置
release {
    minifyEnabled true            //proguard 删除所有未使用的方法和指令
    proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), "proguard-rules.pro"
    debuggable false
    jniDebuggable false
    renderscriptDebuggable false
    pseudoLocalesEnabled false
    zipAlignEnabled true
}
//应用不需要支持国际化，那么可以设置 resConfigs 为 "zh","en",对于官方的 support library，默认是支持国际化的，也就是包含了很多不同语言的资源文件
defaultConfig {
    //...
    resConfigs "zh","en"
}

方法3、通过将res中的png、jpeg等图片，可考虑转为webp格式使用

10、消耗流量：

目前的网络类型包含2G、3G、4Gwifi，其中还有不同运营商的区分，我们在APP的使用中经常遇到大资源，重复请求，调用响应慢，调用失败等各种情况。在不同的网络类型之下，我们不仅要控制流量使用，还需要加快请求的响应。另外，对于需要联网的手游来说，部分游戏对不同联网方式的网络类型采用了不同的流量消耗策略，主要分为wifi环境和蜂窝网络环境。我们可以根据实际采用的方案来决定具体是否分开两种环境测试。

测试方法：

获取某个应用的PID，再获取该pid的消耗流量值
首先要获取进程的ID，命令：adb shell "ps | grep 具体包名"
然后获取报告：adb shell "cat/proc/pid/net/dev"   注意替换这个pid为上一行命令获取的pid

此应用一共三个进程，其中包含两个独立服务，我们获取pid=16746来进行测试

得到的结果中只需要关注两个值：Receive（app接收到的数据）、Transmit（app发出的请求数据）；流量等于这两个值的和：Receive+Transmit，取有效值Receive和Transmit相加即可。

总结：

我们做性能测试的时候，不仅要发现问题，也要定位问题，深入挖掘性能问题的根源才是我们需要持续努力的方向，通过对比其他公司的优秀产品，分析出自身APP的不足，来优化我们的代码，通过竞品分析，可以避免闭门造车，不断完善我们的方案。

另外，除了上文中提到的云测试网站，一些可用的测试工具有：

iTest：http://itest.iflytek.com:8090/

能够记录特定应用的性能消耗情况，包括CPU、内存、流量、电量等信息，支持浮窗实时查看应用的具体信息，iTest不需要集成SDK到应用中，在iTest中选中需要测试的应用即可进行测试；

Emmagee： https://github.com/NetEase/Emmagee

网易开发的性能检测工具，Emmage和iTest一样，不需要在应用中集成SDK，能够对应用的常用性能指标进行检测，并以csv的格式保存方便查看应用的各项参数；

Tencent GT: https://gt.qq.com/

腾讯系的测试工具，直接安装到手机上即可。

参考：

《Android APP性能测试小结（7个性能指标》https://www.cnblogs.com/ailiailan/p/6397663.html

《Android FPS流畅度测试》https://www.jianshu.com/p/1fe9783d266b

《APP性能测试的6项关键指标及测试获取手段》https://blog.csdn.net/hualusiyu/article/details/78460809

《那些年我们用过的显示性能指标》https://blog.csdn.net/tencent_bugly/article/details/51354517

《Android应用性能评测调优》https://www.csdn.net/article/2015-06-12/2824949/1