Android系统是如何计算应用启动耗时的?能否更精准定位性能瓶颈呢?

简介: Android系统是如何计算应用启动耗时的?能否更精准定位性能瓶颈呢?

1. 直观地观察应用启动时长


我们可以通过观察logcat日志查看Android应用启动耗时,过滤关键字"Displayed"

ActivityTaskManager: Displayed com.peter.viewgrouptutorial/.activity.DashboardActivity: +797ms

启动时长(在这个例子中797ms)表示从启动App到系统认为App启动完成所花费的时间。

2. 启动时间包含哪几个阶段


从用户点击桌面图标,到Activity启动并将界面第一帧绘制出来大概会经过以下几个阶段。


  1. system_server展示starting window
  2. Zygote fork Android 进程
  3. ActivityThread handleBindApplication(这个阶段又细分为)
  • 加载程序代码和资源
  • 初始化ContentProvider
  • 执行Application.onCreate()
  1. 启动Activity(执行 onCreate、onStart、onResume等方法)
  2. ViewRootImpl执行doFrame()绘制View,计算出首帧绘制时长。


流程图如下:

640.png


我们可以看出:阶段1和2都是由系统控制的。App开发者对这两个阶段的耗时能做的优化甚微。


3. 系统是如何测量启动时长的?


本文源码基于android-30


我们在cs.android.com源码阅读网站上全局搜索

640.png

  1. 「在ActivityMetricsLogger.logAppDisplayed()方法中发现了打印日志语句」
private void logAppDisplayed(
  TransitionInfoSnapshot info
) {
    if (info.type != TYPE_TRANSITION_WARM_LAUNCH && info.type != TYPE_TRANSITION_COLD_LAUNCH) {
        return;
    }
    EventLog.writeEvent(WM_ACTIVITY_LAUNCH_TIME,
            info.userId, info.activityRecordIdHashCode, info.launchedActivityShortComponentName,
            info.windowsDrawnDelayMs);
    StringBuilder sb = mStringBuilder;
    sb.setLength(0);
    sb.append("Displayed ");
    sb.append(info.launchedActivityShortComponentName);
    sb.append(": ");
    TimeUtils.formatDuration(info.windowsDrawnDelayMs, sb);
    Log.i(TAG, sb.toString());
}
  1. TransitionInfoSnapshot.windowsDrawnDelayMs是启动的时长。它在以下方法中被赋值:」
  • ActivityMetricsLogger.notifyWindowsDrawn()
  • ➡️ TransitionInfo.calculateDelay()
//ActivityMetricsLogger.java
TransitionInfoSnapshot notifyWindowsDrawn(
  ActivityRecord r, 
  long timestampNs
) {  
  TransitionInfo info = getActiveTransitionInfo(r);
  info.mWindowsDrawnDelayMs = info.calculateDelay(timestampNs);
  return new TransitionInfoSnapshot(info);
}
private static final class TransitionInfo {
 int calculateDelay(long timestampNs) {
   long delayNanos = timestampNs - mTransitionStartTimeNs;
   return (int) TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(delayNanos);
 }
}


  1. timestampNs表示启动结束时间,mTransitionStartTimeNs表示启动开始时间。它们分别是在哪赋值的呢?」

mTransitionStartTimeNs启动开始时间在notifyActivityLaunching方法中被赋值。调用堆栈如下:


  • ActivityManagerService.startActivity()
  • ➡️ActivityManagerService.startActivityAsUser()
  • ➡️ActivityStarter.execute()
  • ➡️ActivityMetricsLogger.notifyActivityLaunching()

640.jpg

ActivityMetricsLogger.notifyActivityLaunching(...)
//ActivityMetricsLogger.java
private LaunchingState notifyActivityLaunching(
  Intent intent,
  ActivityRecord caller,
  int callingUid
) {
  ...
  long transitionStartNs = SystemClock.elapsedRealtimeNanos();
  LaunchingState launchingState = new LaunchingState();
  launchingState.mCurrentTransitionStartTimeNs = transitionStartNs;
  ...
  return launchingState; 
}

启动时间记录到LaunchingState.mCurrentTransitionStartTimeNs


ActivityStarter.execute()


//ActivityStarter.java
int execute() {
    try {
        final LaunchingState launchingState;
        synchronized (mService.mGlobalLock) {
            final ActivityRecord caller = ActivityRecord.forTokenLocked(mRequest.resultTo);
            launchingState = mSupervisor.getActivityMetricsLogger().notifyActivityLaunching(
                    mRequest.intent, caller);
        }
        if (mRequest.activityInfo == null) {
            mRequest.resolveActivity(mSupervisor);
        }
        int res;
        synchronized (mService.mGlobalLock) {
            mSupervisor.getActivityMetricsLogger().notifyActivityLaunched(launchingState, res,
                    mLastStartActivityRecord);
            return getExternalResult(mRequest.waitResult == null ? res
                    : waitForResult(res, mLastStartActivityRecord));
        }
    } finally {
        onExecutionComplete();
    }
}


该方法作用如下:


  1. 调用ActivityMetricsLogger().notifyActivityLaunching()生成LaunchingState。将启动时间记录其中
  2. 执行StartActivity逻辑
  3. 调用ActivityMetricsLogger().notifyActivityLaunched()把launchingState和ActivityRecord映射保存起来


ActivityMetricsLogger.notifyActivityLaunched(...)
//ActivityMetricsLogger.java
void notifyActivityLaunched(
   LaunchingState launchingState,
   int resultCode,
   ActivityRecord launchedActivity) {
    ...
    final TransitionInfo newInfo = TransitionInfo.create(launchedActivity, launchingState,
            processRunning, processSwitch, resultCode);
    if (newInfo == null) {
        abort(info, "unrecognized launch");
        return;
    }
    if (DEBUG_METRICS) Slog.i(TAG, "notifyActivityLaunched successful");
    // A new launch sequence has begun. Start tracking it.
    mTransitionInfoList.add(newInfo);
    mLastTransitionInfo.put(launchedActivity, newInfo);
    startLaunchTrace(newInfo);
    if (newInfo.isInterestingToLoggerAndObserver()) {
        launchObserverNotifyActivityLaunched(newInfo);
    } else {
        // As abort for no process switch.
        launchObserverNotifyIntentFailed();
    }
}


该方法将根据LaunchingState和ActivityRecord生成TransitionInfo保存到mTransitionInfoList中。这样就将启动开始时间保存起来了。


ActivityMetricsLogger.notifyWindowsDrawn(...)
//ActivityMetricsLogger.java
TransitionInfoSnapshot notifyWindowsDrawn(
  ActivityRecord r, 
  long timestampNs
) {  
  TransitionInfo info = getActiveTransitionInfo(r);
  info.mWindowsDrawnDelayMs = info.calculateDelay(timestampNs);
  return new TransitionInfoSnapshot(info);
}


//ActivityMetricsLogger.java
private TransitionInfo getActiveTransitionInfo(WindowContainer wc) {
    for (int i = mTransitionInfoList.size() - 1; i >= 0; i--) {
        final TransitionInfo info = mTransitionInfoList.get(i);
        if (info.contains(wc)) {
            return info;
        }
    }
    return null;
}

notifyWindowsDraw方法正是通过查找mTransitionInfoList中对应的TransitionInfo获取到Activity的启动开始时间。


「启动完成调用堆栈如下」


  • ActivityRecord.onFirstWindowDrawn()
  • ➡️ActivityRecord.updateReportedVisibilityLocked()
  • ➡️ActivityRecord.onWindowsDrawn()
  • ➡️ActivityMetricsLogger.notifyWindowsDrawn()

640.jpg


ActivityRecord.updateReportedVisibilityLocked()
tyRecord.java
void updateReportedVisibilityLocked() {
 ...
    boolean nowDrawn = numInteresting > 0 && numDrawn >= numInteresting;
    boolean nowVisible = numInteresting > 0 && numVisible >= numInteresting && isVisible();
    if (nowDrawn != reportedDrawn) {
        onWindowsDrawn(nowDrawn, SystemClock.elapsedRealtimeNanos());
        reportedDrawn = nowDrawn;
    }
 ...
}
void onWindowsDrawn(boolean drawn, long timestampNs) {
    mDrawn = drawn;
    if (!drawn) {
        return;
    }
    final TransitionInfoSnapshot info = mStackSupervisor
            .getActivityMetricsLogger().notifyWindowsDrawn(this, timestampNs);
    ...
}

我们看到在updateReportedVisibilityLocked()方法中把SystemClock.elapsedRealtimeNanos()传递给onWindowsDrawn(nowDrawn, SystemClock.elapsedRealtimeNanos())

4. 调试技巧


通过断点调试记录应用冷启动记录耗时调用栈


  1. 准备一台root的手机(或者非Google Play版本模拟器)
  2. compileSdkVersion、targetSdkVersion与模拟器版本一致(本文30)
  3. notifyActivityLaunching和notifyWindowsDrawn中增加断点
  4. 调试勾选Show all processes选择system_process

640.jpg


几个重要的时间节点


  1. ActivityManagerService接收到startActivity信号时间,等价于launchingState.mCurrentTransitionStartTimeNs。时间单位纳秒。
  2. 进程Fork的时间,时间单位毫秒。可以通过以下方式获取


object Processes {
    @JvmStatic
    fun readProcessForkRealtimeMillis(): Long {
        val myPid = android.os.Process.myPid()
        val ticksAtProcessStart = readProcessStartTicks(myPid)
        // Min API 21, use reflection before API 21.
        // See https://stackoverflow.com/a/42195623/703646
        val ticksPerSecond = Os.sysconf(OsConstants._SC_CLK_TCK)
        return ticksAtProcessStart * 1000 / ticksPerSecond
    }
    // Benchmarked (with Jetpack Benchmark) on Pixel 3 running
    // Android 10. Median time: 0.13ms
    fun readProcessStartTicks(pid: Int): Long {
        val path = "/proc/$pid/stat"
        val stat = BufferedReader(FileReader(path)).use { reader ->
            reader.readLine()
        }
        val fields = stat.substringAfter(") ")
            .split(' ')
        return fields[19].toLong()
    }
}

ActivityThread.handleBindApplication时设置的进程启动时间,单位毫秒。Process.getStartElapsedRealtime()

//ActivityThread.java
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
    ...
    // Note when this process has started.
    Process.setStartTimes(SystemClock.elapsedRealtime(), SystemClock.uptimeMillis());
   ...
}


程序代码和资源加载的时间,时间单位毫秒。Application类初始化时的时间handleBindApplication的时间差

class MyApp extends Application {
    static {
          if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.N) {
            long loadApkAndResourceDuration = SystemClock.elapsedRealtime() - Process.getStartElapsedRealtime();
          }
    }
}

ontentProvider初始化时间,时间单位毫秒。 Application.onCreate()Application.attachBaseContext(Context context) 之间的时间差

 class MyApp extends Application {
   long mAttachBaseContextTime = 0L;
   long mContentProviderDuration = 0L;
   @Override
    protected void attachBaseContext(Context base) {
        super.attachBaseContext(base);
        mAttachBaseContextTime = SystemClock.elapsedRealtime();
    }
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        mContentProviderDuration = SystemClock.elapsedRealtime() - mAttachBaseContextTime;
    }
}


  1. Application.onCreate()花费时间,时间单位毫秒。很简单方法开始和结束时间差。


  1. 首帧绘制时间,比较复杂,使用到了com.squareup.curtains:curtains:1.0.1代码如下,firstDrawTime就是首帧的绘制时间。从ActivityThread.handleBindApplication()到首帧绘制所花费的时间:


class MyApp extends Application {
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        registerActivityLifecycleCallbacks(new ActivityLifecycleCallbacks() {
            @Override
            public void onActivityCreated(Activity activity, Bundle savedInstanceState) {
                Window window = activity.getWindow();
                WindowsKt.onNextDraw(window, () -> {
                    if (firstDraw) return null;
                    firstDraw = true;
                    handler.postAtFrontOfQueue(() -> {
                        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.N) {
                            long firstDrawTime =  (SystemClock.elapsedRealtime() - Process.getStartElapsedRealtime()));
                        }
                    });
                    return null;
                });
            }
        }
    }
}


调试launchingState.mCurrentTransitionStartTimeNs


由于ActivityMetricsLogger是运行在system_process进程中。我们无法在应用进程中获取到transitionStartTimeNs,我们可以用过Debug打印日志。我们需要将断点设置成non-suspending。如图将Suspend反勾选。选中Evaluate and log,并写入日志语句。

640.jpg

640.jpg


日志输出如下:


2021-08-08 12:55:36.295 537-579/system_process D/AppStart: 19113098274557 Intent received

5. 总结


本文主要介绍了Android系统是如何测量应用启动时间以及应用开发者如何测量应用启动各个阶段的启动耗时。有了这些我们能够很好的定位启动过程中的耗时以及性能瓶颈。如果你在应用启动优化有比较好的实践成果欢迎留言讨论哟

相关实践学习
日志服务之使用Nginx模式采集日志
本文介绍如何通过日志服务控制台创建Nginx模式的Logtail配置快速采集Nginx日志并进行多维度分析。
相关文章
|
3天前
|
Shell Android开发
Android系统 adb shell push/pull 禁止特定文件
Android系统 adb shell push/pull 禁止特定文件
15 1
|
3天前
|
存储 Java Android开发
Android系统 设置第三方应用为默认Launcher实现和原理分析
Android系统 设置第三方应用为默认Launcher实现和原理分析
17 0
|
2天前
|
移动开发 Java Android开发
构建高效Android应用:采用Kotlin协程优化网络请求
【4月更文挑战第24天】 在移动开发领域,尤其是对于Android平台而言,网络请求是一个不可或缺的功能。然而,随着用户对应用响应速度和稳定性要求的不断提高,传统的异步处理方式如回调地狱和RxJava已逐渐显示出局限性。本文将探讨如何利用Kotlin协程来简化异步代码,提升网络请求的效率和可读性。我们将深入分析协程的原理,并通过一个实际案例展示如何在Android应用中集成和优化网络请求。
|
2天前
|
调度 Android开发 开发者
构建高效Android应用:探究Kotlin协程的优势与实践
【4月更文挑战第24天】随着移动开发技术的不断演进,提升应用性能和用户体验已成为开发者的核心任务。在Android平台上,Kotlin语言凭借其简洁性和功能性成为主流选择之一。特别是Kotlin的协程功能,它为异步编程提供了一种轻量级的解决方案,使得处理并发任务更加高效和简洁。本文将深入探讨Kotlin协程在Android开发中的应用,通过实际案例分析协程如何优化应用性能,以及如何在项目中实现协程。
|
3天前
|
Android开发
Android构建系统:Android.mk(2)函数详解
Android构建系统:Android.mk(2)函数详解
12 1
|
3天前
|
存储 Java API
Android系统 文件访问权限笔记
Android系统 文件访问权限笔记
32 1
|
3天前
|
移动开发 Java Unix
Android系统 自动加载自定义JAR文件
Android系统 自动加载自定义JAR文件
20 1
|
3天前
|
Shell Android开发 开发者
Android系统 自定义动态修改init.custom.rc
Android系统 自定义动态修改init.custom.rc
22 0
|
3天前
|
测试技术 Android开发 开发者
RK3568 Android系统客制化动态替换ro任意属性
RK3568 Android系统客制化动态替换ro任意属性
14 1
|
3天前
|
存储 Linux Android开发
RK3568 Android/Linux 系统动态更换 U-Boot/Kernel Logo
RK3568 Android/Linux 系统动态更换 U-Boot/Kernel Logo
17 0