基于Xamarin.Android的应用程序启动性能优化

背景

随着移动应⽤程序开发越来越流⾏,越来越多的应⽤程序浮现于市场。但是,开发移动应⽤程序并不是⼀个简单的过程,需要花费⼤量时间,尤其是如果想要⼀个可跨Apple、 Android 和 Windows 运⾏的可扩展移动应⽤程序。

然⽽,糟糕的性能可能会极⼤地损害⽤户体验。⽤户在任何时候都不希望看到10秒以上的启动画⾯。如果等待时间过⻓\他们可能会感到⽣⽓、放弃购物、减少停留时间或完全卸载应⽤程序。

随着开发平台的普及,我们需要正确的⼯具和⽅法来满⾜不断增⻓的需求。

Xamarin就是这样⼀种框架,它⽀持在 Android、iOS 和 Windows 平台上共享单个代码库

所以,我们将在 Xamarin.Android 应⽤程序中测试性能, 就像在 Android Studio 中使⽤ Java 开发⼀样, 我们可以使⽤c#对性能进⾏测试, 从⽽优化启动时间。

测试总启动时间

⾸先测试程序在不同设备的启动时间, 此处⽤到的⼯具是友盟+推出的U-APM。 从图中可以看出应⽤程序在启动时间上还存在着⼀定的优化空间。

基于Xamarin.Android的应用程序启动性能优化_第1张图片

在 Android 上,ActivityManager系统进程会显示⼀条“初始显示时间”⽇志消息, 可以更好地了解整体启动时间。在命令⾏使⽤adb logcat快速查看 Android 设备⽇志。 或者使⽤Visual Studio中的Android 调试⽇志。

在 Windows 上,运⾏以下powershell

> adb logcat -d | Select-String Displayed

输出:

ActivityTaskManager: Displayed com.lgq.wood.expiramentation/.MainActivity:

上述⽇志消息是在 x86 Android 模拟器上从 Visual Studio 调试应⽤程序时捕获的。 启动/连接调试器会产⽣⼀些额外的开销,并且缺少Debug编译时的优化。
如果我们简单地切换到Release配置并再次部署和运⾏应⽤程序:

ActivityTaskManager: Displayed com.lgq.wood.expiramentation/.MainActivity:

如果我们在 Pixel 3 XL 设备上测试应⽤程序:

ActivityTaskManager: Displayed com.lgq.wood.expiramentation/.MainActivity:

因为我们最终⽬标是提⾼移动应⽤程序的性能, 那么第⼀步应该是实际测试卡顿函数的具体位置。 如果盲⽬地进⾏代码更改,最终可能会和我们推测的结果产⽣很⼤的分歧, 如果⼀些复杂的性能改进甚⾄会损害代码库的可维护性。这个过程应该是:测试,做出修改,再次测试,并且重复以上步骤。

采⽤U-APM测得卡顿位置主要出现于:

com.lgq.wood.expiramentation.apache.http.impl.exec.readRawTextFile

基于Xamarin.Android的应用程序启动性能优化_第2张图片

诊断问题

好, ⽬前应⽤程序由于readRawTextFile很慢。 现在我该怎么办?
⾸先我们需要对以下⼏个组件有⼀个系统性的了解

安卓ART

Android 运⾏时 (ART) 是 Android 上的应⽤程序和系统服务使⽤的托管运⾏时。 ART 作为运⾏时执⾏ Dalvik 可执⾏⽂件 (.dex ⽂件 - D alvik EX可执⾏⽂件) , 这是⼀种⽤于存储 Dalvik 字节码的紧凑格式。

ART 通过在安装应⽤程序时将整个应⽤程序编译为本机代码, 引⼊了提前 (AOT) 编译。 这带来 了更快的应⽤程序执⾏和改进的内存分配。 以及垃圾收集机制、更准确的分析等等。

为了实现这⼀点, ART使⽤dex2oat来创建⼀个ELF(可执⾏和链接格式) 的可执⾏⽂件。缺点是需要额外的时间来编译。 此外,应⽤程序会占⽤⼤量磁盘内存来存储已编译的代码。

AOT

Mono 运⾏时提供AOT功能。 Mono 将预编译程序集以最⼩化 JIT 时间并减少内存使⽤ 。Mono可以在⽀持它的平台(如 Android)上⽣成 ELF .so ⽂件。 然后它在原始程序集旁边存储⼀个预编译的图像。

Mono.Android.dll → libaot-Mono.Android.dll.so

然后, 这些⽂件可以被 Mono 运⾏时使⽤, 并省略 JIT 开销

启动跟踪

Mono 引⼊了⼀项功能,允许在应⽤程序上使⽤内置的 AOT 分析器来⽣成 AOT 配置⽂件。 分析器进⾏内存分析、执⾏时间分析,甚⾄是基于统计的抽样分析。这会⽣成⼀个 AOT 配置⽂件,当使⽤带有配置⽂件的 Mono 的 AOT 功能时,该配置⽂件可⽤于优化应⽤程序。

启动跟踪可⽤于Visual Studio 2019 版本 16.2或Visual Studio for Mac 2019 版本 8.2。

可以通过编辑 Android 项⽬的 .csproj ⽂件并在 Release 中添加以下属性来 开始使⽤启动跟踪:

基于Xamarin.Android的应用程序启动性能优化_第3张图片

还可以看到内存分配, 例如:

请注意,如果您需要查看这些分配来⾃哪些⽅法,您可以传递到。--tracesmprof-report

我们做出了多种尝试,也都收到了⼀定成效。但是我们最意想不到的是,下⾯这个简单的改动。 我们尝试将string直接从stream中读取,⽽不是使⽤响应的内容创建,然后使⽤新的System.Text.Json库来进⾏更⾼效的 JSON 解析:

// At the top
using System.Text.Json;
//...
async Task GetSlides()
{
var response = await httpClient.GetAsync("https://httpbin.org/json");
response.EnsureSuccessStatusCode();
using (var stream = await response.Content.ReadAsStreamAsync())
{
return await JsonSerializer.DeserializeAsync(stream);
}
}

查看⽅法调⽤的差异, 我们可以看到⼀个明显的时间优化:

基于Xamarin.Android的应用程序启动性能优化_第4张图片

基于Xamarin.Android的应用程序启动性能优化_第5张图片

这⼀点, 和我们在U-APM中测试得到的瓶颈函数相吻合,瓶颈确实是处在readRawTextFile 函数中,我们尝试了以下⼏种⽅法,也⼀定程度上缓解了启动问题但收益并没有U-APM中的 readRawTextFile 那么⼤。在此列出,仅供参考:

  1. 我们可以缓存 Web 请求的结果
  2. 我们可以从磁盘上的⽂件加载之前的调⽤结果, ⽐如设置24 ⼩时内有效。
  3. 由于调⽤不是互相依赖, 我们可以同时进⾏异步调⽤
  4. 在服务器端, 我们可以进⾏⼀个新的 API 调⽤, 在⼀个请求中返回所有调⽤的数据

优化性能很难,⽅向也很多。关于代码慢的定位部分,改动后可能会发现这⼀部分根本不会产⽣ 效果, 对代码产⽣影响的最佳⽅法是测试、测试,然后再次测试。改变后再次测试。⽽通过测试去提升性能,往往能针对问题做预先准备。也往往能更核⼼地提升核⼼性能瓶颈,从⽽带来⽅⽅⾯⾯的全⽅位提升。

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