Android的multidex带来的性能问题－减慢app启动速度

此文转自：http://www.jcodecraeer.com/a/anzhuokaifa/androidkaifa/2015/1223/3796.html

一、引言

在安卓社区中，65k方法数的限制是一个被多次提及的问题。目前解决这个问题的办法就是用multidex。虽然multidex是谷歌给出的一个非常棒的办法，但是我发现了它对app启动性能存在严重的影响，这点还没有在社区引起重视。我这篇文章的就是为那些还没有听说过这个问题（但是想使用multidexing）的开发者以及那些使用了multidexing，但是想观察本文解决办法所能能赢得性能的伙伴而写的。

二、背景

在安卓的早期，达到65k方法上限的应用解决这个问题的办法就是使用Proguard来减少无用的代码。但是，这个方法有局限，并且只是为生产app拖延了接近65k限制的时间。为了解决这个问题，谷歌在最近的兼容库中放出了一个针对65k方法限制的解决方案：multidexing。这个方法非常方便并且允许你突破65k方法限制，但是（就如我之前说的），对性能有一个非常严重的影响，可能会减慢app的启动速度。

三、使用multidex

multidex是一个文档齐全的成熟的解决方案。我强烈推荐遵循安卓开发者网站上的指示来启用multidex。在为项目配置multidexing 的时候，你可能会在运行的时候看到java.lang.NoClassDefFoundError。这意味着app启动的class不在main dex文件中。Android SDK
Build Tools 21.1或者更高版本中的Gradle Android 插件有对multidex 的支持。这个插件使用Proguard 来分析你的项目并在 [buildDir]/intermediates/multi-dex/[buildType]/maindexlist.txt文件中生成一个app启动classes 的列表。但是这个列表并不是100%准确，可能会丢失一些app启动所需的classes 。为了解决这个问题，你应该在multidex.keep 文件中罗列出那些class，以便让编译器知道在main
dex文件中要保持哪些class。

1. 在工程目录中创建一个multidex.keep文件。

2. 把java.lang.NoClassDefFoundError中报告的class列举到multidex.keep文件。(注意: 不要直接修改build目录里的maindexlist.txt ，这个文件每次在编译的时候都会生成)。

3. 添加如下脚本到build.gradle。这个脚本将在编译项目的时候把multidex.keep 和 由Gradle生成的maindexlist.txt 结合在一起。

android.applicationVariants.all { variant ->
task "fix${variant.name.capitalize()}MainDexClassList" << {
logger.info "Fixing main dex keep file for $variant.name"
File keepFile = new File("$buildDir/intermediates/multi-dex/$variant.buildType.name/maindexlist.txt")
keepFile.withWriterAppend { w ->
// Get a reader for the input file
w.append('\n')
new File("${projectDir}/multidex.keep").withReader { r ->
// And write data from the input into the output
w << r << '\n'
}
logger.info "Updated main dex keep file for ${keepFile.getAbsolutePath()}\n$keepFile.text"
}
}
}
tasks.whenTaskAdded { task ->
android.applicationVariants.all { variant ->
if (task.name == "create${variant.name.capitalize()}MainDexClassList") {
task.finalizedBy "fix${variant.name.capitalize()}MainDexClassList"
}
}
}

四、multidex app启动性能问题

如果你使用multidex，你需要意识到它对app启动性能有影响。我们通过跟踪app的启动时间发现了这个问题－用户点击app图标到所有图片都下载完并显示给用户的这段时间。一旦multidex 启用，在所有运行Kitkat (4.4) 及以下的设备上我们的app启动时间就会大约增加15%。更多信息参考 Carlos Sessa的Lazy Loading Dex files 。

五、解决multidex app启动性能问题

在app启动到所有图片显示的间隙，存在着许多没有被Proguard 检测到的class，因此它们也就没有被存进main dex文件中。现在的问题是，我们如何才能知道在app启动期间什么样的calss被加载了呢？幸运的是，在 ClassLoader中我们有 findLoadedClass 方法。我们的办法就是在app启动结束的时候做一次运行时检查。如果第二个dex 文件中存有任何在app启动期间加载的class，那么就通过添加calss name 到multidex.keep文件中的方式来把它们移到main
dex文件中。我的 项目案例 中有实现的细节，但是你也可以这样做：

1. 在你认为app启动结束的地方运行下面util类中的getLoadedExternalDexClasses

2. 把上面这个方法返回的列表添加到你的 multidex.keep 文件然后重新编译

public class MultiDexUtils {
private static final String EXTRACTED_NAME_EXT = ".classes";
private static final String EXTRACTED_SUFFIX = ".zip";

private static final String SECONDARY_FOLDER_NAME = "code_cache" + File.separator +
"secondary-dexes";

private static final String PREFS_FILE = "multidex.version";
private static final String KEY_DEX_NUMBER = "dex.number";

private SharedPreferences getMultiDexPreferences(Context context) {
return context.getSharedPreferences(PREFS_FILE,
Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB
? Context.MODE_PRIVATE
: Context.MODE_PRIVATE | Context.MODE_MULTI_PROCESS);
}

/**
* get all the dex path
*
* @param context the application context
* @return all the dex path
* @throws PackageManager.NameNotFoundException
* @throws IOException
*/
public List<String> getSourcePaths(Context context) throws PackageManager.NameNotFoundException, IOException {
final ApplicationInfo applicationInfo = context.getPackageManager().getApplicationInfo(context.getPackageName(), 0);
final File sourceApk = new File(applicationInfo.sourceDir);
final File dexDir = new File(applicationInfo.dataDir, SECONDARY_FOLDER_NAME);

final List<String> sourcePaths = new ArrayList<>();
sourcePaths.add(applicationInfo.sourceDir); //add the default apk path

//the prefix of extracted file, ie: test.classes
final String extractedFilePrefix = sourceApk.getName() + EXTRACTED_NAME_EXT;
//the total dex numbers
final int totalDexNumber = getMultiDexPreferences(context).getInt(KEY_DEX_NUMBER, 1);

for (int secondaryNumber = 2; secondaryNumber <= totalDexNumber; secondaryNumber++) {
//for each dex file, ie: test.classes2.zip, test.classes3.zip...
final String fileName = extractedFilePrefix + secondaryNumber + EXTRACTED_SUFFIX;
final File extractedFile = new File(dexDir, fileName);
if (extractedFile.isFile()) {
sourcePaths.add(extractedFile.getAbsolutePath());
//we ignore the verify zip part
} else {
throw new IOException("Missing extracted secondary dex file '" +
extractedFile.getPath() + "'");
}
}

return sourcePaths;
}

/**
* get all the external classes name in "classes2.dex", "classes3.dex" ....
*
* @param context the application context
* @return all the classes name in the external dex
* @throws PackageManager.NameNotFoundException
* @throws IOException
*/
public List<String> getExternalDexClasses(Context context) throws PackageManager.NameNotFoundException, IOException {
final List<String> paths = getSourcePaths(context);
if(paths.size() <= 1) {
// no external dex
return null;
}
// the first element is the main dex, remove it.
paths.remove(0);
final List<String> classNames = new ArrayList<>();
for (String path : paths) {
try {
DexFile dexfile = null;
if (path.endsWith(EXTRACTED_SUFFIX)) {
//NOT use new DexFile(path), because it will throw "permission error in /data/dalvik-cache"
dexfile = DexFile.loadDex(path, path + ".tmp", 0);
} else {
dexfile = new DexFile(path);
}
final Enumeration<String> dexEntries = dexfile.entries();
while (dexEntries.hasMoreElements()) {
classNames.add(dexEntries.nextElement());
}
} catch (IOException e) {
throw new IOException("Error at loading dex file '" +
path + "'");
}
}
return classNames;
}

/**
* Get all loaded external classes name in "classes2.dex", "classes3.dex" ....
* @param context
* @return get all loaded external classes
*/
public List<String> getLoadedExternalDexClasses(Context context) {
try {
final List<String> externalDexClasses = getExternalDexClasses(context);
if (externalDexClasses != null && !externalDexClasses.isEmpty()) {
final ArrayList<String> classList = new ArrayList<>();
final java.lang.reflect.Method m = ClassLoader.class.getDeclaredMethod("findLoadedClass", new Class[]{String.class});
m.setAccessible(true);
final ClassLoader cl = context.getClassLoader();
for (String clazz : externalDexClasses) {
if (m.invoke(cl, clazz) != null) {
classList.add(clazz.replaceAll("\\.", "/").replaceAll("$", ".class"));
}
}
return classList;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}

六、结论

这里是我们在多个设备上观察到的启动性能的提升效果。第一列（蓝色）是没有multidexing的基准app启动时间。你可以在第二列（红色）看到明显的增加，这是启用了multidex但没有其它任何额外工作的app启动时间。第三列（绿色）是开启了multidex
并且使用了我们提升方法的app启动时间。就如图中所看到的，app启动时间降到了multidex开启之前的水平，甚至更低。自己试试吧，你应该也能观察到性能的提升。



一旦达到了65k方法数的限制，我们应该先避免去使用multidex以防止性能问题。我们不断的检查使用的sdk找出许多可以移除或者重构的无用代码。只有此时仍然没有办法的时候我们才考虑multidex。那时我们的代码质量也会有个质的飞跃。不要直接使用multidex，要先保持代码的干净，复用现有组建，或者重构代码来避免65k方法数限制。