評估應用程式效能總覽

此文件可協助您找出並修正應用程式的主要效能問題。

主要效能問題

許多問題都可能導致應用程式效能低落,以下列舉幾種應用程式中應注意的常見問題:

捲動時卡頓

「卡頓」一詞是指系統無法依要求的頻率 (例如 60 Hz 或更高) 及時建構和提供影格,導致畫面出現斷斷續續的情況。卡頓問題在捲動時最容易出現,但如果不是流暢的動畫流程,就會發生一些問題。由於應用程式轉譯內容所需的時間比系統影格的持續時間還長,因此當動作沿著一或多個影格暫停時,就會顯示卡頓。

應用程式的刷新率須定為 90 Hz。傳統的轉譯率為 60 Hz,但許多新型的裝置在使用者互動 (例如捲動) 時都是在 90 Hz 的模式下運作,而且有些裝置甚至支援更高的頻率 (最高 120 Hz)。

如要查看裝置在特定時間的刷新率,請依序輕觸「偵錯」部分的「開發人員選項」>「顯示刷新率」,啟用在畫面上疊加顯示刷新率的功能。

啟動延遲

啟動延遲時間是從輕觸應用程式圖示、通知或其他進入點開始,直到使用者資料顯示在畫面上所需的時間。

請在應用程式中確立下列啟動目標:

  • 在 500 毫秒內完成冷啟動。如果系統記憶體中沒有啟動應用程式的記錄,就會出現「冷啟動」。這是應用程式自重新啟動,或使用者/系統終止應用程式的程序後,首次啟動時會出現的情形。

    相反地,如果應用程式已在背景執行,就會發生「暖啟動」。冷啟動需要系統處理大部分作業,因為系統必須從儲存空間載入各種項目並初始化應用程式。因此,請設法將冷啟動的時間設為在 500 毫秒以下。

  • 讓 P95 和 P99 延遲時間非常接近中位數延遲時間。如果應用程式需要很長的時間才能啟動,會導致使用者體驗不佳。此外,在應用程式啟動的重要路徑中,處理序間通訊 (IPC) 和不必要的 I/O 可能會遭遇鎖定爭用的情況,並造成這些不一致的問題。

轉換不順暢

這個問題會在互動期間發生,例如切換分頁或載入新活動時。此類轉換的動畫應自然流暢,不得出現延遲或視覺效果閃爍的情況。

電源效率不佳

執行作業會消耗電池電力,而執行不必要的作業會降低電池續航力。

記憶體配置 (在程式碼中建立新物件) 可能會導致系統作業負載增加。這是因為配置作業不僅須透過 Android 執行階段 (ART) 完成,稍後釋出這些物件 (「垃圾收集」) 也需要時間與操作。所幸,現在的配置和收集速度都比以前更快,效率也更高,對於暫存物件而言更是如此。因此,儘管以往的最佳做法是盡可能避免配置物件,現在我們會建議您以最適合應用程式和架構的方式執行操作;考量到 ART 的能力,冒著風險使用無法維護的程式碼來減少配置,並不是最理想的做法。

不過,我們建議的做法須耗費一定工夫,因此請留意若在內部迴圈中配置多個物件,可能會導致效能問題。

辨別問題

辨別效能問題並進行補救的建議工作流程如下:

  1. 辨別並檢查下列關鍵使用者旅程:
    • 常見的啟動流程,包括透過啟動器和通知啟動的情形。
    • 使用者捲動資料的畫面。
    • 畫面之間的轉換。
    • 長時間執行的流程,例如導航或播放音樂。
  2. 在上述流程期間使用以下偵錯工具進行檢查:
    • Perfetto:可讓您利用精確的時間資料瞭解整部裝置中的運作情況。
    • 記憶體分析器:可讓您查看堆積上的記憶體配置情形。
    • Simpleperf:透過火焰圖檢視在特定時間之內占用大多數 CPU 的函式呼叫。如果發現某些項目在 Systrace 中花費的時間較長,但又不知道原因為何,Simpleperf 就可以提供其他資訊。

如要瞭解這些效能問題並進行偵錯,請務必手動對個別測試偵錯。以上步驟無法以分析匯總資料取代。不過,在自動化測試和實際環境中設定指標收集作業也很重要,因為這可協助您瞭解使用者實際可看到的畫面,並找出可能發生迴歸的時間點:

  • 啟動流程
  • 卡頓
    • 實際環境指標
      • Play 管理中心影格指標:您無法在 Play 管理中心將指標範圍縮小至特定使用者歷程,回報內容僅會說明應用程式的整體卡頓情形。
      • 使用 FrameMetricsAggregator 自訂評估:您可以在特定工作流程中使用 FrameMetricsAggregator 記錄卡頓指標。
    • 研究室測試
      • 使用 Macrobenchmark 捲動
      • Macrobenchmark 會使用包含單一使用者歷程的 dumpsys gfxinfo 指令收集影格時間。如要瞭解特定使用者歷程中卡頓的不同情況,這是可行的方式。RenderTime 指標會醒目顯示影格的繪製時間,在辨識迴歸或改善方面,此指標比卡頓影格數量更為重要。

設定應用程式進行效能分析

應用程式的基準測試必須正確設定,才能獲得可重現的正確結果並做出後續行動。請盡可能使用最接近實際工作環境的系統,同時抑制雜訊來源。下列各節說明準備測試設定時可以採用的 APK 與系統步驟,其中有些步驟僅適用於特定用途。

追蹤點

應用程式可以透過自訂追蹤記錄事件檢測程式碼。

系統擷取追蹤記錄時,追蹤記錄在每個區段中都會產生少許額外負荷 (約 5 μs),因此請避免在每種方法中都加入追蹤記錄。追蹤記錄大型工作區塊 (>0.1 毫秒),就足以提供重要的瓶頸深入分析。

APK 注意事項

偵錯變化版本可協助您進行疑難排解,還可以透過符號方式提供堆疊樣本,但這會對效能造成嚴重的非線性影響。在搭載 Android 10 (API 級別 29) 以上版本的裝置中,您可以使用裝置資訊清單中的 profileable android:shell="true",啟用發布子版本的剖析功能。

請使用實際執行等級的程式碼縮減設定。視應用程式使用的資源而定,這可能會對效能產生重大影響。部分 ProGuard 設定會移除追蹤點,因此建議您針對要執行測試的設定移除這些規則。

編譯

請將裝置端應用程式編譯為已知狀態 (通常是 speedspeed-profile)。背景及時 (JIT) 活動可能會產生龐大的效能負荷,因此在測試執行期間重新安裝 APK 時,經常會發生這種情況。執行編譯操作的指令如下:

adb shell cmd package compile -m speed -f com.google.packagename

speed 編譯模式會完整編譯應用程式;speed-profile 模式則會根據設定檔編譯應用程式,此設定檔中含有應用程式使用期間所收集的已用程式碼路徑。持續以正確方式收集設定檔可能並不容易,因此如果您決定使用這些設定檔,請確認設定檔收集的內容符合您預期。設定檔位於以下位置:

/data/misc/profiles/ref/[package-name]/primary.prof

Macrobenchmark 可讓您直接指定編譯模式

系統注意事項

如要進行低層級和高保真的評估,請校準裝置。建議您在相同的裝置和相同的 OS 版本中執行 A/B 版本比較作業,因為即便使用同樣的裝置類型,效能也可能會有顯著變化。

在已解鎖裝置中,請考慮使用 lockClocks 指令碼進行 Microbenchmark 測試。此外,指令碼也可以執行以下操作:

  • 將 CPU 設為固定頻率。
  • 停用小型核心並設定 GPU。
  • 停用熱節流。

使用 lockClocks 指令碼的這個方法不適合以使用者體驗為重的測試 (例如應用程式啟動、DoU 測試和卡頓測試),但對減少 Microbenchmark 測試中的雜訊而言,卻是不可或缺的一環。

建議盡可能使用 Macrobenchmark 這類測試架構,可減少評估流程中的雜訊,也能避免評估結果不準確。

應用程式啟動速度緩慢:非必要的 Trampoline 活動

Trampoline 活動可能會無端延長應用程式啟動時間,因此請務必瞭解應用程式是否涉及這類活動。在以下追蹤記錄範例中,activityStart 後面緊接著令另一個 activityStart,且第一個活動沒有繪製任何影格。

alt_text

圖 1:顯示 Trampoline 活動的追蹤記錄。

這種情況在通知進入點和一般應用程式的啟動進入點都可能發生,而且通常可以透過重構來解決。舉例來說,如果您使用該活動在另一個活動執行前執行設定,請將這個程式碼分解到可重複使用的元件或程式庫中。

非必要配置觸發常用 GC

您可能會發現垃圾收集 (GC) 的發生頻率比 Systrace 中預期的高。

以下範例顯示,在長時間執行的作業期間,每 10 秒是一個指標,代表應用程式可能遭到不必要的分配,但有時仍會持續運作:

alt_text

圖 2. 顯示 GG 事件間隔的追蹤記錄。

您可能也會發現,在使用記憶體分析器時,特定呼叫堆疊會占據大部分的分配比例。您不需要主動刪除所有配置,因為這樣可能會導致程式碼更難以維護。不妨改從使用分配熱點開始。

Janky 頁框

圖形管線的複雜度相對較高,為了判斷使用者最後是否看見捨棄的影格,可能會有些許細微的影響。在某些情況下,平台可以使用緩衝功能來「找回」影格。不過您可以忽略大部分的細微差異,直接從應用程式的角度找出有問題的影格。

如果繪製的影格幾乎都不是在應用程式中完成,Choreographer.doFrame() 追蹤點的間隔在 60 FPS 裝置上就會是 16.7 毫秒:

alt_text

圖 3. 顯示頻繁快速影格的追蹤記錄。

縮小並瀏覽追蹤記錄時,有時會發現影格完成處理的時間比較長,但因為沒有超過配額的 16.7 毫秒,所以還是可以接受:

alt_text

圖 4. 顯示頻繁快速影格,且有定期突發工作的追蹤記錄。

如果您在規律的間隔中看到一處突然中斷,那就是卡頓的影格,如圖 5 所示:

alt_text

圖 5. 顯示卡頓影格的追蹤記錄。

您可以練習如何辨別卡頓影格。

alt_text

圖 6. 顯示更多卡頓影格的追蹤記錄。

在某些情況下,您需要放大檢視追蹤點,才能進一步瞭解哪些檢視畫面正在加載,或 RecyclerView 正在執行哪些操作。在其他情況下,則可能需要進一步檢查。

如要進一步瞭解如何識別卡頓影格、偵錯並找出原因,請參閱「轉譯速度緩慢」。

RecyclerView 常見錯誤

無故使整個 RecyclerView 的備份資料失效。這可能會導致影格轉譯時間過長,造成卡頓。您應該改變做法,確保只有已變更的資料失效,盡可能減少需更新的檢視畫面數目。

請參閱「呈現動態資料」,瞭解如何避免成本高昂的 notifyDatasetChanged() 呼叫,這類呼叫會導致內容更新而非全面取代。

如果您無法正確支援每個巢狀的 RecyclerView,可能會導致內部 RecyclerView 每次都要全部重建。每個巢狀的內部 RecyclerView,都必須設有 RecycledViewPool,以確保檢視畫面可在各個內部 RecyclerView 之間回收。

如果預先擷取的資料量不足,或是未及時預先擷取,使用者就可能需要等候伺服器傳來更多資料,才能流暢捲動到清單底部。雖然技術上來說這不算卡頓,因為操作仍然符合影格顯示期限,但仍建議您修改預先擷取的時間和數量,讓使用者不必等候資料顯示。這麼一來,使用者體驗也就能大幅提升。