Android系统性能调优工具介绍

Posted 2022-12-05 一介闲休

在软件开发过程中，想必很多读者都遇到过系统性能问题。而解决系统性能问题的几个主要步骤是：

• 测评：对系统进行大量有针对性的测试，以得到合适的测试数据。
• 分析系统瓶颈：分析测试数据，找到其中的hotspot（热点，即bottleneck）。
• 性能优化：对hotspot相关的代码进行优化。

由上述步骤可知，性能优化的目标对象是hotspot。如果找到的hotspot并非真正的热点，则性能优化的结果必然是事倍功半甚至竹篮打水一场空。所以，作为android性能调优相关知识的第一部分，本篇首先将向读者介绍Android平台中三个重要的性能测试工具，它们能很好得帮助开发者找到hotspot。

Traceview介绍

1  Traceview简介

Traceview是Android平台特有的数据采集和分析工具，它主要用于分析Android中应用程序的hotspot。Traceview本身只是一个数据分析工具，而数据的采集则需要使用Android SDK中的Debug类或者利用DDMS工具。二者的用法如下：

• 开发者在一些关键代码段开始前调用Android SDK中Debug类的startMethodTracing函数，并在关键代码段结束前调用stopMethodTracing函数。这两个函数运行过程中将采集运行时间内该应用所有线程（注意，只能是Java线程）的函数执行情况，并将采集数据保存到/mnt/sdcard/下的一个文件中。开发者然后需要利用SDK中的Traceview工具来分析这些数据。
• 借助Android SDK中的DDMS工具。DDMS可采集系统中某个正在运行的进程的函数调用信息。对开发者而言，此方法适用于没有目标应用源代码的情况。DDMS工具中Traceview的使用如图1-1所示。

图1-1  DDMS中Traceview使用示意图

点击图1-1中所示按钮即可以采集目标进程的数据。当停止采集时，DDMS会自动触发Traceview工具来浏览采集数据。

下面，我们通过一个示例程序向读者介绍Debug类以及Traceview的使用。

2  Traceview示例分析

示例程序运行时的界面如图1-2所示：

图1-2  示例界面图

图1-2中：

• SystraceDemoStringAAA等字样是TraceviewDemo程序启动时ListView最初显示的字符串。
• 当用户点击ListView中的某一项时，Traceview将计算对应项当前显示的字符串的MD5值40次，然后用计算得到的MD5字符串替换该项之前显示的内容。其效果如图1-2中的“MD5值“箭头所示。

该示例的关键代码如图1-3所示：

图1-3示例代码

由图1-3可知：

• 左图中，Debug类的startMethodTracing和stopMethodTracing分别在MainAcvtivity的构造方法和onDestroy函数中调用。
• onCreate函数中我们设置了第一个hotspot，即getStringToShow函数。它将解析一个XML文件，并将解析后的字符串保存到mListItem中以作为ListView的显示内容。
• 右图中，当用户点击ListView中的某个Item时，程序在onListItem中将计算MD5值40次，然后用计算结果做为被点击项的新字符串显示。generateMD5中的函数是本示例的第二个hotspot。

现在，我们用Traceview工具将测试结果文件TraceviewDemo.trace打开。

Traceview界面比较复杂，其UI划分为上下两个面板，即Timeline Panel(时间线面板)和Profile Panel(分析面板)。图1-4所示为Timeline Panel界面：

图1-4  Traceview Timeline Panel示意图

图1-4中的Timeline Panel又可细分为左右两个Pane：

• 左边Pane显示的是测试数据中所采集的线程信息。由图1-4可知，本次测试数据采集了main线程，两个Binder线程和其它系统辅助线程（例如GC线程等）的信息。
• 右边Pane所示为时间线，时间线上是每个线程测试时间段内所涉及的函数调用信息。这些信息包括函数名、函数执行时间等。由图1-4可知，main线程对应行的的内容非常丰富，而其他线程在这段时间内干得工作则要少得多。
• 另外，开发者可以在时间线Pane中移动时间线纵轴。纵轴上边将显示当前时间点中某线程正在执行的函数信息。

现在来看Traceview的Profile Panel界面，如图1-5所示：

图1-5  TraceviewProfile Panel界面

Profile Panel是Traceview的核心界面，其内涵非常丰富。它主要展示了某个线程（先在Timeline Panel中选择线程）中各个函数调用的情况，包括CPU使用时间、调用次数等信息。而这些信息正是查找hotspot的关键依据。所以，对开发者而言，一定要了解Profile Panel中各列的含义。笔者总结了其中几个重要列的作用，如表1-1所示：

表1-1  Profile Panel各列作用说明

列名	描述
Name	该线程运行过程中所调用的函数名
Incl Cpu Time	某函数占用的CPU时间，包含内部调用其它函数的CPU时间
Excl Cpu Time	某函数占用的CPU时间，但不含内部调用其它函数所占用的CPU时间
Incl Real Time	某函数运行的真实时间（以毫秒为单位），内含调用其它函数所占用的真实时间
Excl Real Time	某函数运行的真实时间（以毫秒为单位），不含调用其它函数所占用的真实时间
Call+Recur Calls/Total	某函数被调用次数以及递归调用占总调用次数的百分比
Cpu Time/Call	某函数调用CPU时间与调用次数的比。相当于该函数平均执行时间
Real Time/Call	同CPU Time/Call类似，只不过统计单位换成了真实时间

另外，每一个Time列还对应有一个用时间百分比来统计的列（如Incl Cpu Time列对应还有一个列名为Incl Cpu Time %的列，表示以时间百分比来统计的Incl Cpu Time）。

了解完Traceview的UI后，现在介绍如何利用Traceview来查找hotspot。

一般而言，hotspot包括两种类型的函数：

• 一类是调用次数不多，但每次调用却需要花费很长时间的函数。在示例代码中，它就是hotspot 1。
• 一类是那些自身占用时间不长，但调用却非常频繁的函数。在示例代码中，它就是hotspot 2。

首先，我们来查找hotspot 1。

在Profile Panel中，选择按Cpu Time/Call进行降序排序（从上之下排列，每项的耗费时间由高到低），得到如图1-6所示的结果：

图1-6  按CPU Time/Call降序排列数据

图1-6中：

• MainActivity.onCreate是应用程序中的函数，它耗时为4618.684。然后，点击MainActivity.onCreate项，得到箭头所示的小图。
• 小图中，Parents一行显示的是MainActivity.onCreate的调用者，本例中它是performCreate函数。这部分代码属于Framework部分。Children行显示的是MainActivity.onCreate调用的子函数。
• 在MainActivity.onCreate调用的子函数中，我们发现getStringsToShow在Incl Cpu Time %一列中占据了63.3%，它是onCreate子函数耗费时间最长的，而且Calls+Recur Calls/Total列显示其调用次数为1，即它仅仅被调用一次了。这个函数是应用程序实现的，所以极有可能是一个潜在的Hotspot。
• 另外，由于笔者已经知道getStringsToShow是示例应用自己实现的函数，故在图1-6的大图中，可直接根据MainActivity.getStringsToShow花费了2921.913CPU时间这个信息来确定Hotspot就是它。

相对来说，类型1的hotspot比较好找，步骤是先按降序对时间项进行排列（可以是时间百分比、真实时间或CPU时间），然后查找耗费时间最多的函数。一般而言，先应对应用程序自己实现的函数进行排查，Framework的函数也有可能是hotspot，但主因一般还是在应用本身（例如设置复杂的界面，导致对应XML解析非常慢）。

现在，我们来看如何查找类型2的hotspot。

点击Call/Recur Calls/Total列头，使之按降序排列。关注点放在那些调用频繁并且占用资源较多的函数。图1-7为降序排列的结果图。

图1-7类型2 Hotspot查找过程示意之一

图1-7所示的运行最频繁的几个函数中，我们发现了几个怀疑点，由图中的1和2箭头标示。

• 结合代码，箭头1所指的函数在代码中实际并不存在。这是因为代码中直接访问了内部类的私有成员，导致java编译器在编译时自动生成了这个函数。这个函数的调用次数非常多。所以，为了提高效率，我们可以修改内部类成员的访问类型定义为public。不过，该函数的Incl Cpu Time并不高，只有3.2%。
• 同样，箭头2所指部分的函数调用次数也很多，达到了5888多次。不过它们占用的时间百分比只有0.9%。

第一次查找的潜在点被排除后，继续浏览数据，得到如图1-8所示的结果。

图1-8  类型2 Hotspot查找过程示意之二

在图1-8中：

• 红框处有两个重载的MyMD5.getHashString函数调用，它们各运行了368次，而且占用的CPU时间百分比达到了31.8%和53.2%。很显然，这2处调用就有优化的余地，这就是我们所怀疑的hotspot2。

找到hotspot之后，开发者就需要结合代码来进行对应的优化了。关于Java代码优化，读者可参考如下资料：http://developer.android.com/training/articles/perf-tips.html

总体而言，Hotspot的查找是一个细致的工作，需要开发者对目标程序的代码，以及Traceview工具都比较熟悉才行。

3  Traceview小结

Traceview工具是Android平台应用程序性能分析的利器。不过笔者觉得它的UI还是有些复杂。并且使用时感觉流畅度不够好。

Google官方关于Traceview的介绍可参考以下链接，不过其内容以及较久未更新了。http://developer.android.com/tools/debugging/debugging-tracing.html。

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