Android 11 提高 App 冷启动速度 5% 以上
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原文: https://medium.com/androiddevelopers/improving-app-startup-with-i-o-prefetching-62fbdb9c9020
译者：DHL
本文已收录于仓库 https://github.com/hi-dhl/Technical-Article-Translation
近一年多以来一直在做性能优化（ OOM、Native、ANR 等等），后面我也会写一些性能相关的文章，将自己学习和实践所得分享出来。以今天这篇文章作为开端。
在 Android 11 上增加了一个新的功能 IORap，IORap 将会减少 App 冷启动耗时，经过在各种设备上测试，App 的启动速度（冷启动）平均提高了 5% 以上，部分设备提高了 20% 以上，开发者不需要做任何任何事情，即可享受带来的启动优化收益。
IORap prefetching for Android apps
IORap 会提前预测需要那些 I/O 并将他们提前，通过这种方式减少 App 启动耗时。大量的 App 启动时间很长，是因为 blocking I/O 导致 IO 请求队列未到达饱和，在预取数据之后同时压缩 I/O ，App 可以很快的从 kernel pagecache 中访问预取数据，从而减少 App 启动耗时。
我们测试了在 Google Play Store 上一些热门的应用，80% 的 App 在启动期间，因为 blocking I/O 耗费了 10% 以上的时间，80% 的 App 耗费了 20% 以上的时间。我们在 Google Play Store 上测试了大部分应用都可以从 IORap 中获得收益。
IORap 作为一个独立的 service，它通过 IPC 与 package manager，activity manager， perfetto service 等等交互，以下是 IORap 的架构图。
Step 1: Collecting perfetto traces
IORap 基于一定的策略分析预取 I/O ，通过 perfetto 进行跟踪记录，会在 kernel pagecache 中添加和删除的页面。经过测试，启动期间通过 perfetto 进行跟踪记录造成的开销可以忽略不计。
Step 2: Generating prefetch list
基于上面的 perfetto trace，IORap 会在设备空闲时，生成预取列表，预取列表包含启动期间需要读取的文件信息（名称，偏移，长度）， IORap 会根据 perfetto trace 分析 mm_pagemap 事件，并将结果 (inode、偏移量、长度) 转换为 (名称、偏移量、长度)，然后将数据存储在预取列表中，预取列表是一个 protobuf 文件。
Step 3: I/O prefetching
经过上一步，生成预取列表之后，后续运行 App 时 IORap 可以为 App 预取对应的数据，在上一步执行完之后，不在需要 perfetto trace, 开发者不需要做任何事情，系统会在用户点击图标时或者通过 Intent 请求它，执行预取操作，享受带来的启动优化。
Step 4: Obsoleting the prefetch list
预取列表不会永久存在，会因为一些事件导致预取列表过时，而被删除，当 App 更新时，由于更新过程中可能会发生变化，和之前的预取数据会有一些差异，所以不建议在这个阶段预取数据，另外 dexopt 会在 App 安装后进行优化，优化后的 App，数据不会发生改变，这会使预取列表过时，过时的预取列表将被删除，这时会开始新一轮的 perfetto trace。
Improvements & Observation
通过对比几个实验的结果，我们可以确定 IORap 对于低端机和高端机都会有收益，平均而言， IORAP 可以提高 26％ 的启动速度，对于启动期间有大量 I/O 的 App 会有很大的帮助，例如，Spotify 低端设备和高端设备有两位数字的优化效果。
在实验过程中，发现了一个现象 IORap 性能会受到预取数据的影响，跟踪持续时间对于 IORap 来说非常重要，跟踪持续时间越短，预取的数据就越少，获得的性能也越低。另一方面，长时间的预取会导致需要预取的数据过多，这可能会导致启动速度变慢，我们可以根据 ReportFullyDrawn 事件的时间戳来估计跟踪持续时间。在正确的调用 reportFullyDrawn 回调可以提高 IORap 的性能。
Future Development
我们对 IORap 所表现出来的性能非常的兴奋，在未来将会朝着以下两方向进行优化。
保证性能的前提之下，更频繁地进行预取，如果预取可以在分析期间完成，那就更好了。通过提供一个预构建的预取列表，我们可以在生成预取列表之前消除一些性能差距
IORap 可以预测应用启动，更早的开始预取，从而进一步加快 App 启动
Conclusion
可以在 App 启动完成之后，调用 reportFullyDrawn 来帮助 IORap 进行更好的优化，IORap 主要有助于减少 I/O 阻塞时间，因此可以考虑对 App 启动进行分析，发现和解决其他可能存在的性能问题。
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