啟動速度優(yōu)化的難易程度與具體的app關(guān)系很大，基本隨著用戶量級和業(yè)務(wù)的增加，啟動優(yōu)化的難度也隨之增加。因此不同的開發(fā)人員由于面對的app不同，對于啟動優(yōu)化的理解也往往差異很大。本文針對啟動優(yōu)化工作做一次深入的分析，從啟動優(yōu)化問題的定義，到問題的細(xì)化分解，再到具體優(yōu)化的步驟和需要使用的工具，來幫助開發(fā)者高效的解決啟動性能問題。文章中除了工具部分是針對Android平臺之外，其余部分的思考應(yīng)該是通用的。

Part 01

問題定義  

啟動優(yōu)化是一個非常普遍的工作，很多開發(fā)同學(xué)聽到這個詞之后，基本上會下意識的對其進(jìn)行解釋：”啟動優(yōu)化就是提升app的啟動速度“。這個理解是最直接最樸素的，但是只是涵蓋了啟動優(yōu)化的部分內(nèi)容。

整體啟動優(yōu)化工作可以概括為：在系統(tǒng)資源一定的情況下，優(yōu)化應(yīng)用的啟動流程，使應(yīng)用啟動的關(guān)鍵路徑能夠最大化利用系統(tǒng)資源，并長期維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

任何問題都需要首先劃定邊界，來幫助我們降低復(fù)雜度并確定方案實施的范圍。對于啟動優(yōu)化來說，首先要做的就是定義要優(yōu)化的app啟動的起始點和結(jié)束點是哪里，這里針對不同的app，對于起始和結(jié)束的位置定義可能會有不同。通常我們建議從用戶體驗的角度出發(fā)，來做適合各自情況的定義。

Part 02

重中之重-數(shù)據(jù) 

數(shù)據(jù)是我們做優(yōu)化工作的重中之重，它指導(dǎo)優(yōu)化工作的方向，應(yīng)該以從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，并最終通過數(shù)據(jù)來驗證問題的解決的原則進(jìn)行優(yōu)化工作。

所以在實施優(yōu)化策略之前，所要做的第一件事情就是盡可能詳細(xì)的收集啟動階段的數(shù)據(jù)，當(dāng)前的啟動時間是多少、啟動各個子階段耗時如何、各種異步任務(wù)耗時情況、啟動階段CPU等系統(tǒng)資源使用情況、進(jìn)程及線程情況等等，這些數(shù)據(jù)都是需要收集的，而且需要從不同的維度來對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

數(shù)據(jù)梳理和收集的工作，一方面可以幫助我們梳理目前的指標(biāo)，另一方面梳理數(shù)據(jù)的過程，可以從代碼層面加深開發(fā)者對系統(tǒng)整個啟動過程的了解，幫助開發(fā)者抓住系統(tǒng)啟動的主脈絡(luò)，將其了然于胸，建立數(shù)據(jù)項與代碼邏輯的關(guān)聯(lián)，當(dāng)數(shù)據(jù)某一項發(fā)生波動時，開發(fā)者才能夠直接定位到可能出問題的代碼模塊。

Part 03

優(yōu)化思路  

單看啟動速度優(yōu)化工作我們可以從兩個方向著手，業(yè)務(wù)流程優(yōu)化和系統(tǒng)資源的使用優(yōu)化。

3.1 業(yè)務(wù)流程優(yōu)化

業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，就是優(yōu)化啟動階段涉及到的業(yè)務(wù)流程。這里說的業(yè)務(wù)流程優(yōu)化有兩方面的含義：

• 非必要的任務(wù)，即不影響app達(dá)到可用狀態(tài)的任務(wù)，這種任務(wù)我們可以盡量去延遲初始化。
• 需要保證關(guān)鍵啟動路徑上面子任務(wù)的有效銜接，不存在某一任務(wù)執(zhí)行時間過長，導(dǎo)致其他任務(wù)等待的情況。

第1點應(yīng)該比較好理解，我們來解釋下第2點：

整體啟動過程，我們需要找出啟動流程的關(guān)鍵路徑，而關(guān)鍵路徑往往是由多個不同流程組成。關(guān)鍵路徑上面的任務(wù)、流程如果有等待的情況，那么就是我們需要優(yōu)化的地方。

比如，一個啟動時有閃屏廣告的app，啟動時需要拉取廣告數(shù)據(jù)，并在廣告展示結(jié)束后才進(jìn)入主界面。那么廣告數(shù)據(jù)的獲取和獲取后的展示，就可以理解為啟動階段的兩個關(guān)聯(lián)的子任務(wù)，如果在主線程進(jìn)入到廣告展示階段后，廣告數(shù)據(jù)依然沒有返回，這里就會存在等待廣告數(shù)據(jù)返回的時間，也就是子線程（任務(wù)）之間沒有有效的銜接。

業(yè)務(wù)流程優(yōu)化這部分大家最關(guān)注的就是各種啟動任務(wù)的管理，很多分享的文章都介紹了啟動任務(wù)異步管理框架的設(shè)計。這里不再重復(fù)這部分內(nèi)容，我們補(bǔ)充下與任務(wù)管理相關(guān)的其他方面的工作：

• 進(jìn)程的管理，以及不同進(jìn)程的啟動任務(wù)管理。在Android系統(tǒng)中，多數(shù)大型app都是多進(jìn)程app，那么主進(jìn)程外的各個進(jìn)程的初始化時機(jī)就應(yīng)該成為啟動優(yōu)化關(guān)注的點，這個在系統(tǒng)資源優(yōu)化中也會提到。而且任務(wù)框架需要能夠支持對于不同的進(jìn)程配置不同的啟動任務(wù)，同時同一個啟動任務(wù)在不同進(jìn)程中支持不同的執(zhí)行方式（同步或異步）。
• 啟動框架應(yīng)該具有任務(wù)執(zhí)行時間、任務(wù)等待時間、整體任務(wù)吞吐情況的統(tǒng)計功能，甚至可以根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整本身的并發(fā)線程數(shù)量。
• 將啟動過程劃分為不同的階段，任務(wù)也歸為不同的階段執(zhí)行。

3.2 系統(tǒng)資源優(yōu)化

業(yè)務(wù)流程優(yōu)化與系統(tǒng)資源使用優(yōu)化并不是分割開來的，業(yè)務(wù)流程優(yōu)化本來就是為了保證我們最有效的利用系統(tǒng)資源，而系統(tǒng)資源使用優(yōu)化是從另一個角度來讓我們審視當(dāng)前的業(yè)務(wù)流程是否合理。

系統(tǒng)資源很多數(shù)據(jù)指標(biāo)不好衡量，比如如何衡量啟動階段cpu的利用率，如何衡量線程的執(zhí)行效率等。所以這部分工作線上數(shù)據(jù)收集比較困難，開發(fā)者應(yīng)該主要著手完善開發(fā)工具，通過工具來發(fā)現(xiàn)問題。

系統(tǒng)資源優(yōu)化主要看以下方面的指標(biāo)：

• CPU使用是否合理，關(guān)注線程鎖競爭問題、主要線程獲取cpu時間片情況、主要線程執(zhí)行狀態(tài)（runnable、running、sleep）、主進(jìn)程獲取cpu時間是否不足、線程是否過度競爭等。這里面會涉及到對鎖競爭的發(fā)現(xiàn)和處理、對線程優(yōu)先級的處理、對進(jìn)程啟動時機(jī)的把控、IO是否有阻塞線程等優(yōu)化方向。
• IO使用是否合理（包括網(wǎng)絡(luò)和本地IO），關(guān)注是否存在頻繁IO，是否有啟動階段不必要的IO操作，IO是否引起主要線程阻塞，是否有大文件讀寫等。
• 線程情況，包括線程池使用是否合理，線程數(shù)量是否過多，線程間任務(wù)協(xié)作是否存在延遲等。
• 內(nèi)存情況，主要觀察是否有過多的gc問題，啟動階段heap內(nèi)存是否占用過多等。

以上兩個方向的工作，基本上涵蓋了啟動速度指標(biāo)優(yōu)化的絕大部分工作內(nèi)容。值得指出的是，上面的工作并不是說將所有的方面都優(yōu)化一遍就結(jié)束了，而是需要經(jīng)?；仡^看，因為隨著優(yōu)化工作的進(jìn)行，啟動的狀況是會發(fā)生變化的（比如之前沒有沖突的鎖，可能開始發(fā)生沖突）。

另一個值得注意的點就是，針對每一個具體的優(yōu)化策略，開發(fā)者應(yīng)該在本地實驗環(huán)境下進(jìn)行充分的測試，例如針對高中低端機(jī)型、不同網(wǎng)絡(luò)類型等來評估優(yōu)化策略所能帶來的收益。由于線上機(jī)型各異、網(wǎng)絡(luò)情況也比較復(fù)雜，很多時候策略上線后并不能達(dá)到預(yù)期中的效果，所以每一個優(yōu)化最好通過線上AB實驗來對比觀測數(shù)據(jù)。

3.3 性能持續(xù)保障——與熵的對抗

啟動優(yōu)化很重要的另一個方面就是如何持續(xù)的保障當(dāng)前優(yōu)化的效果不隨著功能的迭代而惡化。我們對于流程和資源使用的優(yōu)化，本質(zhì)上是使代碼在執(zhí)行過程中保證一定的有序性，這種有序性保證了啟動關(guān)鍵鏈路對資源的使用率。 但是隨著代碼的增加，app業(yè)務(wù)越來越多，這種有序性是非常容易被打破的。根據(jù)熵增定律，如果我們不采取措施，那么系統(tǒng)肯定會向著混亂的方向發(fā)展，也就是說無論你之前花了多大的力氣優(yōu)化，系統(tǒng)性能總會逐步惡化，不處理解決這種惡化趨勢那么就會前功盡棄。

那么如何與熵增進(jìn)行對抗？在我們的日常生活中，一條馬路不定時的會有路段處于修整的狀態(tài)，這種修整就是對抗熵增的方法，也是我們工程上要采取的策略——發(fā)現(xiàn)并解決問題。但是在代碼中，問題的發(fā)現(xiàn)卻不能夠那么直觀，數(shù)據(jù)可以告訴我們性能發(fā)生了惡化，但是具體惡化點在哪里，往往需要我們花費很大的力氣去定位。所以在持續(xù)保障方面，我們要做的就是如何盡早的發(fā)現(xiàn)問題和盡快的定位解決問題。

持續(xù)保障機(jī)制需要建立一套實驗室性能測試環(huán)境：

• 能夠建立性能基線，在日常開發(fā)中能夠及時發(fā)現(xiàn)代碼合入引發(fā)的性能問題，直接定位到引起問題的MR，有效減少定位問題的復(fù)雜度；
• 在灰度階段持續(xù)監(jiān)控線上性能數(shù)據(jù)，在上線前checkList把控版本性能影響；
• 線上針對性能建立數(shù)據(jù)指標(biāo)&報警機(jī)制，監(jiān)控線上功能變更引起的性能問題；
• 階段化數(shù)據(jù)指標(biāo)，直觀反映變更對性能的影響區(qū)間，縮小問題定位范圍。

總體來說，針對啟動性能優(yōu)化，我們要建立下圖所示的工作流程，來保證優(yōu)化工作的效率、有效性和持續(xù)的效果：

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上面我們主要列出了啟動優(yōu)化工作主體的思考方向，并沒有涵蓋這些方向下面所有的優(yōu)化點。值得指出的是我們在制定優(yōu)化策略時，需要根據(jù)各自app的情況因地制宜， 根據(jù)自身的情況來發(fā)現(xiàn)問題點，并確定優(yōu)化策略的優(yōu)先級，哪些策略要優(yōu)先上，哪些策略沒有必要實施（考慮ROI）; 同時需要事先評估各個策略的收益，而不是將所有的策略列出來一股腦兒的挨個優(yōu)化。

Part 04

優(yōu)化工具（Android）  

工欲善其事必先利其器，在優(yōu)化工作中我們通常會遇到類似以下問題：

• 啟動流程鏈路長、任務(wù)多、代碼復(fù)雜，需要花費很大力氣理清整體啟動鏈路；
• 很難度量啟動過程中系統(tǒng)資源情況，例如cpu使用情況、多線程鎖競爭、內(nèi)存、IO等；
• 無法準(zhǔn)確定位啟動過程中的高耗時函數(shù)或者瓶頸流程；
• 在優(yōu)化策略上線前，無法準(zhǔn)確衡量實施優(yōu)化策略后的具體收益；
• ......

針對線程優(yōu)化、IO優(yōu)化等專項，有類似Matrix這種工具，可以比較好的幫助我們發(fā)現(xiàn)問題。我這里想重點介紹下Android提供的Perfetto工具，因為它可以幫助我們很好地了解系統(tǒng)的整個啟動過程，以及各種系統(tǒng)資源的使用情況。并且基于Perfetto提供的api，我們可以開發(fā)出強(qiáng)大的自動分析工具，幫助我們在發(fā)現(xiàn)問題、定位問題、優(yōu)化策略效果評估等方面產(chǎn)出自動化的工具。

4.1 Perfetto功能介紹

首先Perfetto提供的可視化工具，可以幫助我們從各種不同的角度來分析app運行的一段時間內(nèi)的情況，簡單舉幾個例子：

查看一段時間內(nèi)，各個進(jìn)程占用CPU時間情況：

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查看一段時間內(nèi)，不同進(jìn)程內(nèi)線程占用CPU情況：

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顯示一段時間內(nèi)線程執(zhí)行狀態(tài)信息：

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除了上面例子外，可視化工具還可以分析多線程鎖競爭問題、文件IO問題、Heap內(nèi)存變化等情況，對于日常的優(yōu)化工作有很大幫助。上面只是舉例子，很多功能還需要實際使用去進(jìn)一步體驗。

Perfetto真正強(qiáng)大的地方并不是提供的可視化工具，而是它提供了一套對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析的能力：

• 將收集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)做了組織整理，并將數(shù)據(jù)以一些可以支持SQL查詢的數(shù)據(jù)表暴露給開發(fā)者，進(jìn)而支持我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義的分析SQL數(shù)據(jù)表；
• 提供了Tracing SDK， 可以讓app開發(fā)者向perfetto-trace文件中添加自定義的事件，在分析時使用TracingSDK；
• 提供了Python API，使開發(fā)者可以基于python對trace文件進(jìn)行分析trace-analysis。

實際上Perfetto提供給我們一套可以實現(xiàn)自動化分析app性能、發(fā)現(xiàn)性能問題的工具的能力，并且如果將這種自動化能力與我們?nèi)粘５拈_發(fā)流水線結(jié)合，對于性能問題的盡早發(fā)現(xiàn)、防劣化等能力建設(shè)都會有很大的幫助。

隨著應(yīng)用版本的迭代，應(yīng)用啟動數(shù)據(jù)會隨著發(fā)生變化，因此啟動優(yōu)化工作也需要長期迭代，做到對啟動體驗的持續(xù)保障。本文主要針對啟動優(yōu)化工作的思路、實施方法和工具等方面進(jìn)行了總結(jié)，在實際工作中不同用戶規(guī)模的應(yīng)用所面臨的優(yōu)化問題也各不相同，希望這里的總結(jié)能夠?qū)Υ蠹矣兴鶈l(fā)。