网上关于启动优化的文章多不胜数,内容千篇一概,大都是列举一些耗时操做,采用异步加载、懒加载等。css
而在面试过程当中,关于启动优化的问题,若是只是很表面地回答耗时操做应该放在子线程,显然太过于普通,没法跟竞争者拉开差距。如何让面试官知道你的“内功深厚”,那确定是要往原理层面去回答。html
本文重点仍是关注原理,冷启动优化这个问题能延伸到不少原理层面的知识点,本文比较有意思的地方是经过反编译今日头条App,研究大厂的启动优化方案。java
讲启动优化以前,先看下应用的启动流程python
应用进程不存在的状况下,从点击桌面应用图标,到应用启动(冷启动),大概会经历如下流程:android
整个启动流程咱们能干预的主要是 4.三、4.5 和6,应用启动优化主要从这三个地方入手。理想情况下,这三个地方若是不作任何耗时操做,那么应用启动速度就是最快的,可是现实很骨感,不少开源库接入第一步通常都是在Application onCreate方法初始化,有的甚至直接内置ContentProvider,直接在ContentProvider中初始化框架,不给你优化的机会。git
直奔主题,常见的启动优化方式大概有这些:github
消除启动时的白屏/黑屏,市面上大部分App都采用了这种方法,很是简单,是一个障眼法,不会缩短实际冷启动时间,简单贴下实现方式吧。面试
<application
android:name=".MainApplication"
...
android:theme="@style/AppThemeWelcome>
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styles.xml 增长一个主题叫AppThemeWelcome数据库
<style name="AppThemeWelcome" parent="Theme.AppCompat.NoActionBar">
...
<item name="android:windowBackground">@drawable/logo</item> <!-- 默认背景-->
</style>
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闪屏页设置这个主题,或者全局给Application设置数组
<activity android:name=".ui.activity.DemoSplashActivity"
android:configChanges="orientation|screenSize|keyboardHidden"
android:theme="@style/AppThemeWelcome"
android:screenOrientation="portrait">
<intent-filter>
<action android:name="android.intent.action.MAIN" />
<category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
</intent-filter>
</activity>
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这样的话启动Activity以后背景会一直在,因此在Activity的onCreate方法中切换成正常主题
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
setTheme(R.style.AppTheme); //切换正常主题
super.onCreate(savedInstanceState);
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这样打开桌面图标会立刻显示logo,不会出现黑/白屏,直到Activity启动完成,替换主题,logo消失,可是总的启动时间并无改变。
说MultiDex
以前,先梳理下apk编译流程
Android Studio 按下编译按钮后发生了什么?
在第4步,将class文件转换成dex文件,默认只会生成一个dex文件,单个dex文件中的方法数不能超过65536,否则编译会报错:
Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
App集成一堆库以后,方法数通常都是超过65536的,解决办法就是:一个dex装不下,用多个dex来装,gradle增长一行配置便可。
multiDexEnabled true
这样解决了编译问题,在5.0以上手机运行正常,可是5.0如下手机运行直接crash,报错 Class NotFound xxx。
Android 5.0如下,ClassLoader加载类的时候只会从class.dex(主dex)里加载,ClassLoader不认识其它的class2.dex、class3.dex、...,当访问到不在主dex中的类的时候,就会报错:Class NotFound xxx,所以谷歌给出兼容方案,MultiDex
。
在Android 4.4的机器打印MultiDex.install(context)
耗时以下:
MultiDex.install 耗时:1320
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平均耗时1秒以上,目前大部分应用应该仍是会兼容5.0如下手机,那么MultiDex优化是冷启动优化的大头。
为何MultiDex
会这么耗时?老规矩,分析一下MultiDex原理~
下面看下MultiDex
的install 方法作了什么事
public static void install(Context context) {
Log.i("MultiDex", "Installing application");
if (IS_VM_MULTIDEX_CAPABLE) { //5.0 以上VM基本支持多dex,啥事都不用干
Log.i("MultiDex", "VM has multidex support, MultiDex support library is disabled.");
} else if (VERSION.SDK_INT < 4) { //
throw new RuntimeException("MultiDex installation failed. SDK " + VERSION.SDK_INT + " is unsupported. Min SDK version is " + 4 + ".");
} else {
...
doInstallation(context, new File(applicationInfo.sourceDir), new File(applicationInfo.dataDir), "secondary-dexes", "", true);
...
Log.i("MultiDex", "install done");
}
}
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从入口的判断来看,若是虚拟机自己就支持加载多个dex文件,那就啥都不用作;若是是不支持加载多个dex(5.0如下是不支持的),则走到 doInstallation
方法。
private static void doInstallation(Context mainContext, File sourceApk, File dataDir, String secondaryFolderName, String prefsKeyPrefix, boolean reinstallOnPatchRecoverableException) throws IOException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, SecurityException, ClassNotFoundException, InstantiationException {
...
//获取非主dex文件
File dexDir = getDexDir(mainContext, dataDir, secondaryFolderName);
MultiDexExtractor extractor = new MultiDexExtractor(sourceApk, dexDir);
IOException closeException = null;
try {
// 1. 这个load方法,第一次没有缓存,会很是耗时
List files = extractor.load(mainContext, prefsKeyPrefix, false);
try {
//2. 安装dex
installSecondaryDexes(loader, dexDir, files);
}
...
}
}
}
}
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先看注释1,MultiDexExtractor#load
List<? extends File> load(Context context, String prefsKeyPrefix, boolean forceReload) throws IOException {
if (!this.cacheLock.isValid()) {
throw new IllegalStateException("MultiDexExtractor was closed");
} else {
List files;
if (!forceReload && !isModified(context, this.sourceApk, this.sourceCrc, prefsKeyPrefix)) {
try {
//读缓存的dex
files = this.loadExistingExtractions(context, prefsKeyPrefix);
} catch (IOException var6) {
Log.w("MultiDex", "Failed to reload existing extracted secondary dex files, falling back to fresh extraction", var6);
//读取缓存的dex失败,多是损坏了,那就从新去解压apk读取,跟else代码块同样
files = this.performExtractions();
//保存标志位到sp,下次进来就走if了,不走else
putStoredApkInfo(context, prefsKeyPrefix, getTimeStamp(this.sourceApk), this.sourceCrc, files);
}
} else {
//没有缓存,解压apk读取
files = this.performExtractions();
//保存dex信息到sp,下次进来就走if了,不走else
putStoredApkInfo(context, prefsKeyPrefix, getTimeStamp(this.sourceApk), this.sourceCrc, files);
}
Log.i("MultiDex", "load found " + files.size() + " secondary dex files");
return files;
}
}
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查找dex文件,有两个逻辑,有缓存就调用loadExistingExtractions
方法,没有缓存或者缓存读取失败就调用performExtractions
方法,而后再缓存起来。使用到缓存,那么performExtractions
方法想必应该是很耗时的,分析一下代码:
private List<MultiDexExtractor.ExtractedDex> performExtractions() throws IOException {
//先肯定命名格式
String extractedFilePrefix = this.sourceApk.getName() + ".classes";
this.clearDexDir();
List<MultiDexExtractor.ExtractedDex> files = new ArrayList();
ZipFile apk = new ZipFile(this.sourceApk); // apk转为zip格式
try {
int secondaryNumber = 2;
//apk已是改成zip格式了,解压遍历zip文件,里面是dex文件,
//名字有规律,如classes1.dex,class2.dex
for(ZipEntry dexFile = apk.getEntry("classes" + secondaryNumber + ".dex"); dexFile != null; dexFile = apk.getEntry("classes" + secondaryNumber + ".dex")) {
//文件名:xxx.classes1.zip
String fileName = extractedFilePrefix + secondaryNumber + ".zip";
//建立这个classes1.zip文件
MultiDexExtractor.ExtractedDex extractedFile = new MultiDexExtractor.ExtractedDex(this.dexDir, fileName);
//classes1.zip文件添加到list
files.add(extractedFile);
Log.i("MultiDex", "Extraction is needed for file " + extractedFile);
int numAttempts = 0;
boolean isExtractionSuccessful = false;
while(numAttempts < 3 && !isExtractionSuccessful) {
++numAttempts;
//这个方法是将classes1.dex文件写到压缩文件classes1.zip里去,最多重试三次
extract(apk, dexFile, extractedFile, extractedFilePrefix);
...
}
//返回dex的压缩文件列表
return files;
}
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这里的逻辑就是解压apk,遍历出里面的dex文件,例如class1.dex,class2.dex,而后又压缩成class1.zip,class2.zip...,而后返回zip文件列表。
思考为何这里要压缩呢? 后面涉及到ClassLoader加载类原理的时候会分析ClassLoader支持的文件格式。
第一次加载才会执行解压和压缩过程,第二次进来读取sp中保存的dex信息,直接返回file list,因此第一次启动的时候比较耗时。
dex文件列表找到了,回到上面MultiDex#doInstallation
方法的注释2,找到的dex文件列表,而后调用installSecondaryDexes
方法进行安装,怎么安装呢?方法点进去看SDK 19 以上的实现
private static final class V19 {
private V19() {
}
static void install(ClassLoader loader, List<? extends File> additionalClassPathEntries, File optimizedDirectory) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, IOException {
Field pathListField = MultiDex.findField(loader, "pathList");//1 反射ClassLoader 的 pathList 字段
Object dexPathList = pathListField.get(loader);
ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList();
// 2 扩展数组
MultiDex.expandFieldArray(dexPathList, "dexElements", makeDexElements(dexPathList, new ArrayList(additionalClassPathEntries), optimizedDirectory, suppressedExceptions));
...
}
private static Object[] makeDexElements(Object dexPathList, ArrayList<File> files, File optimizedDirectory, ArrayList<IOException> suppressedExceptions) throws IllegalAccessException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException {
Method makeDexElements = MultiDex.findMethod(dexPathList, "makeDexElements", ArrayList.class, File.class, ArrayList.class);
return (Object[])((Object[])makeDexElements.invoke(dexPathList, files, optimizedDirectory, suppressedExceptions));
}
}
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makeDexElements
方法MultiDex.expandFieldArray
这个方法扩展 dexElements
数组,怎么扩展?看下代码:private static void expandFieldArray(Object instance, String fieldName, Object[] extraElements) throws NoSuchFieldException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
Field jlrField = findField(instance, fieldName);
Object[] original = (Object[])((Object[])jlrField.get(instance)); //取出原来的dexElements 数组
Object[] combined = (Object[])((Object[])Array.newInstance(original.getClass().getComponentType(), original.length + extraElements.length)); //新的数组
System.arraycopy(original, 0, combined, 0, original.length); //原来数组内容拷贝到新的数组
System.arraycopy(extraElements, 0, combined, original.length, extraElements.length); //dex二、dex3...拷贝到新的数组
jlrField.set(instance, combined); //将dexElements 从新赋值为新的数组
}
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就是建立一个新的数组,把原来数组内容(主dex)和要增长的内容(dex二、dex3...)拷贝进去,反射替换原来的dexElements
为新的数组,以下图
看起来有点眼熟,Tinker热修复的原理也是经过反射将修复后的dex添加到这个dex数组去,不一样的是热修复是添加到数组最前面,而MultiDex是添加到数组后面。这样讲可能还不是很好理解?来看看ClassLoader怎么加载一个类的就明白了~
无论是 PathClassLoader
仍是DexClassLoader
,都继承自BaseDexClassLoader
,加载类的代码在 BaseDexClassLoader
中
4.4 源码
/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java
DexPathList
。接着看DexPathList
源码 /dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java
DexPathList
里面定义了一个dexElements
数组,findClass
方法中用到,看下
findClass方法逻辑很简单,就是遍历dexElements 数组,拿到里面的DexFile对象,经过DexFile的loadClassBinaryName方法加载一个类。
最终建立Class是经过native方法,就不追下去了,你们有兴趣能够看下native层是怎么建立Class对象的。DexFile.cpp
那么问题来了,5.0如下这个dexElements 里面只有主dex(能够认为是一个bug),没有dex二、dex3...,MultiDex是怎么把dex2添加进去呢? 答案就是反射DexPathList
的dexElements
字段,而后把咱们的dex2添加进去,固然,dexElements里面放的是Element对象,咱们只有dex2的路径,必须转换成Element格式才行,因此反射DexPathList里面的makeDexElements 方法,将dex文件转换成Element对象便可。
dex二、dex3...经过makeDexElements
方法转换成要新增的Element数组,最后一步就是反射DexPathList的dexElements字段,将原来的Element数组和新增的Element数组合并,而后反射赋值给dexElements变量,最后DexPathList的dexElements变量就包含咱们新加的dex在里面了。
makeDexElements
方法会判断file类型,上面讲dex提取的时候解压apk获得dex,而后又将dex压缩成zip,压缩成zip,就会走到第二个判断里去。仔细想一想,其实dex不压缩成zip,走第一个判断也没啥问题吧,那谷歌的MultiDex为何要将dex压缩成zip呢?在Android开发高手课中看到张绍文也提到这一点
而后我在反编译头条App的时候,发现头条参考谷歌的MultiDex,本身写了一套,猜测多是优化这个多余的压缩过程,头条的方案下面会介绍。
ClassLoader 加载类原理:
ClassLoader.loadClass -> DexPathList.loadClass -> 遍历dexElements数组 ->DexFile.loadClassBinaryName
通俗点说就是:ClassLoader加载类的时候是经过遍历dex数组,从dex文件里面去加载一个类,加载成功就返回,加载失败则抛出Class Not Found 异常。
MultiDex原理:
在明白ClassLoader加载类原理以后,咱们能够经过反射dexElements数组,将新增的dex添加到数组后面,这样就保证ClassLoader加载类的时候能够重新增的dex中加载到目标类,通过分析后最终MultipDex原理图以下:
![]()
知道了MultiDex原理以后,能够理解install过程为何耗时,由于涉及到解压apk取出dex、压缩dex、将dex文件经过反射转换成DexFile对象、反射替换数组。
那么MultiDex到底应该怎么优化呢,放子线程可行吗?
这个方法你们很容易就能想到,在闪屏页开一个子线程去执行MultiDex.install
,而后加载完才跳转到主页。须要注意的是闪屏页的Activity,包括闪屏页中引用到的其它类必须在主dex中,否则在MultiDex.install
以前加载这些不在主dex中的类会报错Class Not Found。这个能够经过gradle配置,以下:
defaultConfig {
//分包,指定某个类在main dex
multiDexEnabled true
multiDexKeepProguard file('multiDexKeep.pro') // 打包到main dex的这些类的混淆规制,没特殊需求就给个空文件
multiDexKeepFile file('maindexlist.txt') // 指定哪些类要放到main dex
}
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maindexlist.txt 文件指定哪些类要打包到主dex中,内容格式以下
com/lanshifu/launchtest/SplashActivity.class
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在已有项目中用这种方式,一顿操做猛如虎以后,编译运行在4.4的机器上,启动闪屏页,加载完准备进入主页直接崩掉了。
报错NoClassDefFoundError
,通常都是该类没有在主dex中,要在maindexlist.txt 将配置指定在主dex。 **第三方库中的ContentProvider必须指定在主dex中,不然也会找不到,为何?**文章开头说过应用的启动流程,ContentProvider 初始化时机以下图:
ContentProvider初始化太早了,若是不在主dex中,还没启动闪屏页就已经crash了。
因此这种方案的缺点很明显:
- MultiDex加载逻辑放在闪屏页的话,闪屏页中引用到的类都要配置在主dex。
- ContentProvider必须在主dex,一些第三方库自带ContentProvider,维护比较麻烦,要一个一个配置。
这时候就思考一下,有没有其它更好的方案呢?大厂是怎么作的?今日头条确定要对MultiDex进行优化吧,反编译瞧瞧?
点了一根烟以后,开始偷代码...
今日头条没有加固,反编译后很容易经过关键字搜索找到MultidexApplication
这个类,
看注释1的d.a(this);
这个方法,代码虽然混淆了,可是方法内部的代码仍是能够看出是干吗的,继续跟这个方法,为了避免影响阅读,我对混淆作了一些处理,改为正常的方法名。
PatchProxy.isSupport
这个if判断,这个是美团Robust热修复生成的代码,今日头条没有本身的热修复框架,没有用Tinker,而是用美团的,想了解关于Robust细节能够参考文末连接。Robust直接跳过,看else代码块便可。
继续看loadMultiDex
方法
逻辑以下:
1. 建立临时文件,做为判断MultiDex是否加载完的条件
2. 启动LoadDexActivity去加载MultiDex(LoadDexActivity在单独进程),加载完会删除临时文件
3. 开启while循环,直到临时文件不存在才跳出循环,进入Application的onCreate
建立临时文件代码
while循环代码
LoadDexActivity 只有一个加载框,加载完再跳转到闪屏页
dex加载完应该要finish掉当前Activity
按照上面代码分析,今日头条在5.0如下手机首次启动应该是这样:
其实是不是这样呢,用4.4机器试下?
看起来彻底跟猜测的一致,撸几行代码验证应该不难吧?
点了一根烟以后,开始撸代码,最终实现效果以下
效果跟今日头条是一致的,再也不重复分析代码了,源码上传到github,感兴趣的同窗能够参考参考,头条的方案,值得尝试~ github.com/lanshifu/Mu…
再次梳理一下这种方式:
有些同窗可能会问,启动仍是好久啊,冷启动时间有变化吗? 冷启动时间是指点击桌面图标到第一个Activity显示这段时间。
方案1:直接在闪屏页开个子线程去执行MultiDex逻辑,MultiDex不影响冷启动速度,可是难维护。
方案2:今日头条的MultiDex优化方案:
其实应该还有方案3,由于我发现头条并无直接使用Google的MultiDex,而是参考谷歌的MultiDex,本身写了一套,耗时应该会少一些,你们有兴趣能够去研究一下。
这段代码是今日头条里面的,Activity对象预先new出来,
对象第一次建立的时候,java虚拟机首先检查类对应的Class 对象是否已经加载。若是没有加载,jvm会根据类名查找.class文件,将其Class对象载入。同一个类第二次new的时候就不须要加载类对象,而是直接实例化,建立时间就缩短了。
头条真是把启动优化作到极致。
不少第三方开源库都说在Application中进行初始化,十几个开源库都放在Application中,确定对冷启动会有影响,因此能够考虑按需初始化,例如Glide,能够放在本身封装的图片加载类中,调用到再初始化,其它库也是同理,让Application变得更轻。
WebView启动优化文章也比较多,这里只说一下大概优化思路。
这一部分能够参考: mp.weixin.qq.com/s/KwvWURD5W…
这种方式通常是在主页空闲的时候,将其它页面的数据加载好,保存到内存或数据库,等到打开该页面的时候,判断已经预加载过,直接从内存或数据库读取数据并显示。
线程是程序运行的基本单位,线程的频繁建立是耗性能的,因此你们应该都会用线程池。单个cpu状况下,即便是开多个线程,同时也只有一个线程能够工做,因此线程池的大小要根据cpu个数来肯定。
启动优化方式就先介绍到这里,常见的就是这些,其它的能够做为补充。
TraceView
性能损耗太大,获得的结果不真实。 Systrace
能够方便追踪关键系统调用的耗时状况,如 Choreographer,可是不支持应用程序代码的耗时分析。
结合Systrace
和 函数插桩
,就是将以下代码插入到每一个方法的入口和出口
class Trace{
public static void i(String tag){
android.os.Trace.beginSection(tag);
}
public static void o(){
android.os.Trace.endSection();
}
}
复制代码
插桩后的代码以下
void test(){
Trace.i("test");
System.out.println("doSomething");
Trace.o();
}
复制代码
插桩工具参考: github.com/AndroidAdva…
mac下systrace路径在
/Users/{xxx}/Library/Android/sdk/platform-tools/systrace/
编译运行app,执行命令
python2 /Users/lanshifu/Library/Android/sdk/platform-tools/systrace/systrace.py gfx view wm am pm ss dalvik app sched -b 90960 -a com.sample.systrace -o test.log.html
最后按下Enter中止捕获trace信息,在目录下生成报告test.log.html,直接能够用谷歌浏览器打开查看。
BlockCanary 能够监听主线程耗时的方法,将阈值设置低一点,好比200毫秒,这样的话若是一个方法执行时间超过200毫秒,获取堆栈信息并通知开发者。
BlockCanary 原理在以前那篇卡顿优化的文章里面讲过一些,这里就再也不重复。
文章有点长,看到这里,是否是忘记开头讲什么了?总结一下这篇文章主要涉及到哪些内容:
面试问到启动优化问题,不要简单一两句话回答,能够说说本身在实际项目中作了哪些优化,好比Multidex优化,把整个流程,原理说清楚。固然,前提是本身要去实践,理解为何要这样作。
就这样,有问题请留言,更多文章,敬请期待。
相关连接:
[Android开发高手课07 | 启动优化(上)]
Multidex(二)之Dex预加载优化
Android热更新方案Robust
本文源码:https://github.com/lanshifu/MultiDexTest/