Tips and Tricks for Developing Android Apps

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

手机操作系统Android由Google推出。经历了从版本1.0到最新版本9.0的发展历程后,Android系统不断进化和完善,赢得了越来越多人的喜爱。本文旨在探讨如何打造一款优质的 Android应用程序,并提供相应的优化建议,以期降低用户流失率。让我们深入探讨开发 Android 应用程序时所采用的一些高效策略。

1.1 选择撰写这篇文章的原因是什么？ 最近遇到了一个与系统性能优化相关的挑战。作为一名有丰富实践经验的技术专家，在技术选型中如何做出明智决策是一个值得探讨的话题。我的观点是：首先建议深入学习Android操作系统内核原理；其次系统地掌握App开发的基本规范；最后结合实际开发经验提炼出一套系统的优化策略。这些步骤不仅有助于提升App的整体性能水平，并能有效保障最终产品的质量。

1.2 本文的读者和受众 本文旨在针对需要开发Android应用程序的工程师、系统架构师等专业人士。他们至少具备以下的基本知识与能力：

• 具备编程基础，并能熟练掌握Java和Kotlin语言。
• 保持严谨的编程风格，并能遵循标准规范完成代码编写。
• 对性能优化充满强烈热忱，并拥有扎实的专业知识储备。
• 拥有深厚的理论功底，并能有效解决各类复杂算法问题。
• 能够全面阅读英文文档，并将其专业知识应用到实际项目中。

2.基础知识 2.1 Java语言 Java作为一门面向对象的程序设计语言，在其精炼的语法体系下提供了丰富的类库资源。大多数功能通常由Android SDK工具包所依赖的Java编程语言实现。

自推出以来, Kotlin语言凭借简洁明了的语法和高效的运行时表现卓越。如果你正在使用Java, 你无需过于担心, 因为Kotlin编译器能够无缝转换你的应用代码为Java字节码。

Gradle is an open-source project construction tool that supports multiple script languages such as Groovy and Kotlin. By utilizing plugin mechanisms, you can customize your build process by setting tasks, managing dependencies, and creating custom release workflows.

Android系统架构是一个复杂且多样的概念体系

2.5 在不同硬件平台上运行的Android平台下的两个重要虚拟机分别是ART和 Dalvik Android系统。由于每个设备所支持的操作系统版本不同而导致了各自拥有独特的指令集架构（ISA）。其中Dalvik是一个基于Android API级别的虚拟机而ART则自2015年发布以来一直作为最新版本被采用并得到了广泛的支持。尽管两者之间存在一些细微的技术差异但它们都为开发者提供了一个高度一致且可扩展的开发环境。

2.6 Activity生命周期 一个Activity是一个运行中的程序组件，在其执行期间处理屏幕显示、接收用户输入并响应系统事件。它通过包含状态信息和资源（如布局文件、菜单资源以及按钮图标）来维护上下文环境。在应用的不同生命周期阶段，系统会触发Activity的创建、启动、恢复以及停止和销毁等回调操作。掌握Activity的生命周期有助于深入理解App的整体运行机制，并能有效提升App的稳定性和用户体验。

SQLite被认定为一种嵌入式的关系型数据库管理系统，在移动端应用的本地数据存储领域中得到了广泛应用。该系统允许开发者快速且便捷地访问所需的数据，在本文中，所有示例均基于SQLite数据库进行了开发与实现。

AndroidManifest.xml文件 AndroidManifest.xml文件是应用的核心配置文件。该文件详细描述了应用的名称、版本号、权限需求以及组件和intent过滤器设置。本文涉及了许多关键的MANIFEST标签属性，请深入理解其功能与作用至关重要。

3. 核心算法原理及详细操作流程解析 3.1 图像压缩技术 作为一种提升APP性能的关键技术之一,图像压缩在实际应用中发挥着不可替代的作用。受手机屏幕尺寸限制,实际应用中受限于存储和显示效果的需求,无法无限增加图片像素数量,因此必须采取数据压缩手段以适应移动终端屏幕空间要求。常见的两种实现方式是：一种是基于块编码的方法（如JPEG），另一种是基于预测编码的技术（如WebP）。

• JPEG压缩：遵循JPEG标准对图片进行编码与压缩。JPG编码方式采用DCT（离散余弦变换）算法，在完整保留色彩信息的同时有效降低了文件体积。
• PNG压缩：PNG是一种专为高精度图像设计的文件格式，在数据存储效率方面显著高于JPEG标准。该格式主要适用于RGB颜色模式的图像，并利用LZMA算法对数据进行高效压缩。
  通常情况下 PNG 的压缩效率更高（可达1:100），但在动态图像处理速度上略逊于JPEG（约1:25）。因此对于移动设备环境而言 JPEG 压缩方案更为适用，
  因其既能满足较高比例的数据缩减需求又具备良好的兼容性与扩展性支持透明度、动画效果及滤镜功能等多种功能选项。

Android的View被视为App界面的核心组件，并包含着App中众多用户交互操作。尽管视图渲染过程对CPU资源消耗较高, 但相应的优化手段相对有限, 针对这一问题, 我们可采取以下几点策略:

• 采用TextureView来代替常规的视图元素： TextureView作为一种特殊的 Android SDK 提供视图类型，在后台线程中能够独立进行图像渲染而不影响主线程运行。这种设计显著提升了整体渲染效率。
• 避免频繁进行 UI 重构以提高性能： 基于 Android 系统默认实现的垂直同步机制，在某些情况下频繁触发 UI 重构操作可能会导致性能瓶颈。因此建议在不涉及界面更新的情形下避免对 View 树进行操作。
• 通过限制子视图数量或采用滚动列表替代固定布局来优化内存使用： 在开发过程中可以通过限制 ViewGroup 的子视图数量或采用滚动列表组件替代固定布局（如LinearLayout 和 RelativeLayout）等方式来减少内存占用。

3.3 数据缓存 数据缓存机制是提升APP性能的关键技术之一。在移动设备环境中，流量与存储空间通常被视为有限且重要的资源。为了进一步提高数据加载效率，在实际应用中可以采用以下技术方案进行数据缓存优化：这些方法包括但不限于... 通过优化数据缓存策略... 这些改进措施有助于提高APP的整体运行效率和用户体验。

• LRU 缓存：LRU 缓存采用最近最少使用算法（Least Recently Used），其核心机制在于清除一段时间内未被访问过的数据项以维持存储空间上限。
• Bitmap 缓存：Bitmap 缓存主要用于保存图片文件以及占用大量内存资源的对象，在图像加载效率上有显著提升。
• 文件缓存：当无法通过网络获取特定文件时，则可采用本地文件缓存技术实现快速加载。

3.4 请求优化 网络请求流程是提高APP运行效率的关键技术之一。受限于移动设备的性能瓶颈，网络请求的时间和带宽资源均有一定的限制。为了降低请求处理的时间开销并减少数据传输量，在此部分中我们将探讨并实施相应的优化策略：

• 采用HTTP/2协议：作为HTTP协议的最新版本，在数据传输效率上均有显著提升。其主要特点在于具备多路会话功能（MSSP），能够明显降低TCP连接建立频率。
  • 应用GZIP编码：该协议支持应用GZIP编码压缩技术，在不影响最终呈现效果的前提下实现数据量缩减。
  • 配置超时时间参数：通过合理设置超时时间参数可有效规避因网络波动或服务器异常导致的长时间阻塞状态。
  • 采用异步通信机制：通过引入异步通信机制能够避免传统阻塞型UI线程被长时间占用而导致响应迟钝的问题。

3.5 内存管理 Android系统的内存管理是一项复杂且关键的技术点。为了确保系统的正常运行，Android系统必须对各个进程的内存进行有效管理，并采取措施防止单个进程出现内存溢出问题。以下将介绍几种典型的Android内存管理系统方案：

通过调用LeakCanary库的方法，在开发阶段对应用中的内存使用情况进行监控，并通过分析堆栈轨迹来定位潜在的内存泄漏位置。
当进入新的页面时，在Fragment中调用onDestroyView()方法来释放相关资源，并且为了确保在每一次页面切换过程中都能及时释放资源。
使用StrictMode功能进行内存管理，在特定情况下能够检测到异常并触发崩溃日志抛出机制。

本节将提供一些典型的Android应用开发案例，并用于演示几种提高系统性能的技术。根据个人经验和研究结果不断更新的具体实例将被展示出来。BitMap缓存机制 在 typical Android应用开发场景中频繁地加载大量图像。这些图像通常会被重复使用以减少资源消耗，并且在此过程中我们将采用LruCache作为一种常用的缓存策略来实现这一目标。

    val cacheSize = (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024).toInt() // 获取可用内存的1/8
    val bitmapCache = LruCache<String, Bitmap>(cacheSize)
    
    fun loadImage(url: String): Bitmap? {
    var bitmap: Bitmap? = null
    try {
        val imageUrl = URL(url)
        val conn = imageUrl.openConnection() as HttpURLConnection
        if (conn.responseCode == HttpURLConnection.HTTP_OK) {
            bitmap = bitmapCache[url] // 从缓存中获取Bitmap
            if (bitmap!= null &&!bitmap.isRecycled) return bitmap // 如果缓存中的Bitmap未被回收，直接返回
    
            val input = BufferedInputStream(conn.inputStream)
            bitmap = BitmapFactory.decodeStream(input) // 读取图片
            bitmapCache.put(url, bitmap) // 将图片加入缓存
        } else {
            println("load failed $url")
        }
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
    }
    
    return bitmap
    }
    
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
    
    代码解读

通过分析代码结构可知，Bitmap缓存本质上是一种对LruCache机制的封装实现。LruCache算法主要用于按照最近使用时间原则管理缓存对象，并允许设置缓存对象的最大数量上限，在内存溢出时自动移除未被访问 longest time period未使用的对象。借助Bitmap缓存技术的应用，在实际应用中能够显著提高图片加载速度，并且有效优化App的整体性能表现。

4.2 RecyclerView优化 RecyclerView是一个用于复杂列表场景中的增强组件。作为ListView的升级版本，在Flex布局中提供了更加灵活配置和强大功能的基础上帮助开发者快速构建出更加丰富的数据展示逻辑。在RecyclerView内部实现中包含有Critical Component这一核心组件，在滚动操作以及点击响应方面都进行了高度优化处理。

    public class MyAdapter extends RecyclerView.Adapter<MyAdapter.ViewHolder> {
    
    private List<DataModel> dataList;
    
    public static class ViewHolder extends RecyclerView.ViewHolder {
        TextView textView;
    
        public ViewHolder(@NonNull View itemView) {
            super(itemView);
            textView = itemView.findViewById(R.id.textView);
        }
    }
    
    public MyAdapter(List<DataModel> dataList) {
        this.dataList = dataList;
    }
    
    @NonNull
    @Override
    public ViewHolder onCreateViewHolder(@NonNull ViewGroup parent, int viewType) {
        View v = LayoutInflater.from(parent.getContext()).inflate(R.layout.item_view, parent, false);
        return new ViewHolder(v);
    }
    
    @Override
    public void onBindViewHolder(@NonNull final MyAdapter.ViewHolder holder, int position) {
        DataModel item = dataList.get(position);
        holder.textView.setText(item.getData());
    }
    
    @Override
    public int getItemCount() {
        return dataList.size();
    }
    
    }
    
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
    
    代码解读

在RecyclerView中，retainViewMode是一种关键组件。该组件通过缓存与View相对应的数据模型实例，在滑动或点击操作时能够显著提升响应速度。我们通过实现一个简单数据类DataModel，并结合RecyclerView来演示retainViewMode的工作原理。

4.3 IntentService优化 在Android系统中常采用IntentService来管理后台服务的调度。作为特殊的一种Service类，在Android架构中(Intent Service)继承自HandlerThread，并通过线程单态来处理指令。尽管这种设计能够在一定程度上提高系统的运行效率(性能)，但也带来了某些制约因素。对于那些所需时间较短的任务场景而言(如下载或上传数据)，这类机制往往能够提供有效的解决方案。

    class DownloadService : IntentService("DownloadService") {
    override fun onHandleIntent(intent: Intent?) {
        TODO("not implemented")
    }
    }
    
    // 服务开启
    val intent = Intent(this, DownloadService::class.java)
    startService(intent)
    
      
      
      
      
      
      
      
      
    
    代码解读

开发团队在这里实现了DownloadService这一组件，并设计其核心功能是模仿文件下载行为，并将其下载内容存储在本地。启动该服务的方法是startService()。但是由于IntentService是按顺序处理指令的工具类组件...为此建议采用JobScheduler或WorkManager来实现多任务并行。

WorkManager 在空闲时段会自行处理任务,从而能够增强App的响应速度