Android UI性能优化 检测应用中的UI卡顿

释放双眼,带上耳机,听听看~!

一、概述

在做app性能优化的时候,大家都希望能够写出丝滑的UI界面,以前写过一篇博客,主要是基于Google当时发布的性能优化典范,主要提供一些UI优化性能示例:

实际上,由于各种机型的配置不同、代码迭代历史悠久,代码中可能会存在很多在UI线程耗时的操作,所以我们希望有一套简单检测机制,帮助我们定位耗时发生的位置。

本篇博客主要描述如何检测应用在UI线程的卡顿,目前已经有两种比较典型方式来检测了:

  1. 利用UI线程Looper打印的日志
  2. 利用Choreographer

两种方式都有一些开源项目,例如:

其实编写本篇文章,主要是因为发现一个还比较有意思的方案,该方法的灵感来源于一篇给我微信投稿的文章:

该项目主要用于捕获UI线程的crash,当我看完该项目原理的时候,也可以用来作为检测卡段方案,可能还可以做一些别的事情。

所以,本文出现了3种检测UI卡顿的方案,3种方案原理都比较简单,接下来将逐个介绍。

二、利用loop()中打印的日志

(1)原理

大家都知道在Android UI线程中有个Looper,在其loop方法中会不断取出Message,调用其绑定的Handler在UI线程进行执行。

大致代码如下:

public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
final MessageQueue queue = me.mQueue;
// ...
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
// focus
msg.target.dispatchMessage(msg);
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
// ...
}
msg.recycleUnchecked();
}
}

所以很多时候,我们只要有办法检测:

msg.target.dispatchMessage(msg);

此行代码的执行时间,就能够检测到部分UI线程是否有耗时操作了。可以看到在执行此代码前后,如果设置了logging,会分别打印出>>>>> Dispatching to<<<<< Finished to这样的log。

我们可以通过计算两次log之间的时间差值,大致代码如下:

public class BlockDetectByPrinter {
public static void start() {
Looper.getMainLooper().setMessageLogging(new Printer() {
private static final String START = ">>>>> Dispatching";
private static final String END = "<<<<< Finished";
@Override
public void println(String x) {
if (x.startsWith(START)) {
LogMonitor.getInstance().startMonitor();
}
if (x.startsWith(END)) {
LogMonitor.getInstance().removeMonitor();
}
}
});
}
}

假设我们的阈值是1000ms,当我在匹配到>>>>> Dispatching时,我会在1000ms毫秒后执行一个任务(打印出UI线程的堆栈信息,会在非UI线程中进行);正常情况下,肯定是低于1000ms执行完成的,所以当我匹配到<<<<< Finished,会移除该任务。

大概代码如下:

public class LogMonitor {
private static LogMonitor sInstance = new LogMonitor();
private HandlerThread mLogThread = new HandlerThread("log");
private Handler mIoHandler;
private static final long TIME_BLOCK = 1000L;
private LogMonitor() {
mLogThread.start();
mIoHandler = new Handler(mLogThread.getLooper());
}
private static Runnable mLogRunnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
StackTraceElement[] stackTrace = Looper.getMainLooper().getThread().getStackTrace();
for (StackTraceElement s : stackTrace) {
sb.append(s.toString() + "n");
}
Log.e("TAG", sb.toString());
}
};
public static LogMonitor getInstance() {
return sInstance;
}
public boolean isMonitor() {
return mIoHandler.hasCallbacks(mLogRunnable);
}
public void startMonitor() {
mIoHandler.postDelayed(mLogRunnable, TIME_BLOCK);
}
public void removeMonitor() {
mIoHandler.removeCallbacks(mLogRunnable);
}
}

我们利用了HandlerThread这个类,同样利用了Looper机制,只不过在非UI线程中,如果执行耗时达到我们设置的阈值,则会执行mLogRunnable,打印出UI线程当前的堆栈信息;如果你阈值时间之内完成,则会remove掉该runnable。

(2)测试

用法很简单,在Application的onCreate中调用:

BlockDetectByPrinter.start();

即可。

然后我们在Activity里面,点击一个按钮,让睡眠2s,测试下:

findViewById(R.id.id_btn02)
.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
});

运行点击时,会打印出log:

02-21 00:26:26.408 2999-3014/com.zhy.testlp E/TAG:
java.lang.VMThread.sleep(Native Method)
java.lang.Thread.sleep(Thread.java:1013)
java.lang.Thread.sleep(Thread.java:995)
com.zhy.testlp.MainActivity$2.onClick(MainActivity.java:70)
android.view.View.performClick(View.java:4438)
android.view.View$PerformClick.run(View.java:18422)
android.os.Handler.handleCallback(Handler.java:733)
android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:95)

会打印出耗时相关代码的信息,然后可以通过该log定位到耗时的地方。

三、 利用Choreographer

Android系统每隔16ms发出VSYNC信号,触发对UI进行渲染。SDK中包含了一个相关类,以及相关回调。理论上来说两次回调的时间周期应该在16ms,如果超过了16ms我们则认为发生了卡顿,我们主要就是利用两次回调间的时间周期来判断:

大致代码如下:

public class BlockDetectByChoreographer {
public static void start() {
Choreographer.getInstance()
.postFrameCallback(new Choreographer.FrameCallback() {
@Override
public void doFrame(long l) {
if (LogMonitor.getInstance().isMonitor()) {
LogMonitor.getInstance().removeMonitor();
}
LogMonitor.getInstance().startMonitor();
Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this);
}
});
}
}

第一次的时候开始检测,如果大于阈值则输出相关堆栈信息,否则则移除。

使用方式和上述一致。

四、 利用Looper机制

先看一段代码:

new Handler(Looper.getMainLooper())
.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {}
}

该代码在UI线程中的MessageQueue中插入一个Message,最终会在loop()方法中取出并执行。

假设,我在run方法中,拿到MessageQueue,自己执行原本的Looper.loop()方法逻辑,那么后续的UI线程的Message就会将直接让我们处理,这样我们就可以做一些事情:

public class BlockDetectByLooper {
private static final String FIELD_mQueue = "mQueue";
private static final String METHOD_next = "next";
public static void start() {
new Handler(Looper.getMainLooper()).post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Looper mainLooper = Looper.getMainLooper();
final Looper me = mainLooper;
final MessageQueue queue;
Field fieldQueue = me.getClass().getDeclaredField(FIELD_mQueue);
fieldQueue.setAccessible(true);
queue = (MessageQueue) fieldQueue.get(me);
Method methodNext = queue.getClass().getDeclaredMethod(METHOD_next);
methodNext.setAccessible(true);
Binder.clearCallingIdentity();
for (; ; ) {
Message msg = (Message) methodNext.invoke(queue);
if (msg == null) {
return;
}
LogMonitor.getInstance().startMonitor();
msg.getTarget().dispatchMessage(msg);
msg.recycle();
LogMonitor.getInstance().removeMonitor();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}

其实很简单,将Looper.loop里面本身的代码直接copy来了这里。当这个消息被处理后,后续的消息都将会在这里进行处理。

中间有变量和方法需要反射来调用,不过不影响查看msg.getTarget().dispatchMessage(msg);执行时间,但是就不要在线上使用这种方式了。

不过该方式和以上两个方案对比,并无优势,不过这个思路挺有意思的。

使用方式和上述一致。

最后,可以考虑将卡顿日志输出到文件,慢慢分析;可以结合上述原理以及自己需求开发做一个合适的方案,也可以参考已有开源方案。

参考

  • https://github.com/markzhai/AndroidPerformanceMonitor
  • https://github.com/wasabeef/Takt
  • https://github.com/friendlyrobotnyc/TinyDancer

 

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