本文我们来分析Android UI的卡顿性能监控，本方案是基于Handler机制实现的，其他方案我们将在今后文章中进行分析。
UI卡顿产生的原因及监控方案分析
在Android中，UI线程负责执行UI视图的布局、渲染等工作，UI在更新期间，如果UI线程执行时间超过了16ms，则就会产生丢帧的现象，大量的丢帧，就会造成卡顿，影响用户体验。
Android中规定，每秒可以执行60次屏幕刷新，当我们的APP能够达到60帧/秒时，这种体验是优秀的，当帧率降低到40帧以下，甚至30帧以下，用户就可以感知到卡顿了。
UI卡顿产生的原因
UI卡顿通常产生的原因如下：
- 系统CPU资源紧张，分配给APP主线程（UI线程）的CPU时间片减少。
- UI线程中执行了大量的耗时任务，导致了UI线程视图刷新工作的阻塞。
- Android虚拟机频繁执行GC操作导致的卡顿。由于GC会占用大量的系统资源，同时GC过程中会产生UI线程停顿，从而产生卡顿。
- 过度绘制产生卡顿。过度绘制会导致GPU执行时间变长，从而产生丢帧现象。
在诸多原因中，大部分的原因是我们的编码导致的，这类问题可以通过各种优化手段进行优化。我们想要优化UI的性能，避免卡顿产生，首先我们必须做到监控卡顿的发生，能准确定位到哪个模块，甚至哪个方法导致了卡顿，UI性能问题也就解决了一大半了。
本文重点分析，UI线程执行大量耗时操作产生卡顿的检测手段，当然我们可以在线下通过AndroidStudio提供的检测工具进行检测，但我们更想监控线上用户的真实使用场景中的卡顿问题。
方案分析
思路
想要监控线上用户UI线程的卡顿，也就是要把UI线程中的耗时逻辑找出来，然后进行优化开发。那么我们如何如做呢？
Android中的应用程序是消息驱动的，也就是UI线程执行的所有操作，通常都会经过消息机制来进行传递（也就是Handler通信机制）。
Handler的handleMessage负责在UI线程中处理UI相关逻辑，如果我们能在handleMessage执行之前和handleMessage执行之后，分别插入一段我们的日志代码，不就可以实现UI任务执行时间的监控了吗？
方案设想？
我们要直接创建一个基类放在我们的项目代码中，所有需要Handler的地方都对此进行继承，然后我们在基类中添加日志监控，这样就可以实现我们的目的了吧？
NO! NO! NO!
首先这样对项目改造的成本太高了，而且我们也监控不到系统中的消息，也监控不到第三方sdk中的消息执行时间！
怎么做呢？
可行方案
还记得我们在前文 Handler线程通信机制：实战、原理、性能优化！ 吗？，文中介绍了Handler的通信原理以及源码，既然所有的操作都要经过这里，我们是否可以从源码角度找到实现方案呢？
答案是肯定的！可行方案就在Handler机制的源码中。
UI卡顿检测的实现
我们来看Looper的loop方法：
public static void loop() {
……
for (;;) {
……
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
……
消息处理相关逻辑
……
msg.target.dispatchMessage(msg);
……
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
……
}
}
loop方法中有一个Printer类型的logging，它会在消息执行之前和消息执行之后，输出一行日志，用于标记消息执行的开始和结束。
我们只要记录开始日志和结束日志的时间差，就可以计算出该任务在UI线程的执行时间了，如果执行时间很长，则必然产生了卡顿。
那么，问题来了，我们如何监控这个Printer类型的日志呢？
Printer的替换
private Printer mLogging;
public void setMessageLogging(@Nullable Printer printer) {
mLogging = printer;
}
我们发现mLogging这个对象可以通过一个public方法进行设置！这简直太好了！我们可以通过setMessageLogging方法设置我们自己的Printer对象就可以实现卡顿的监控了！
卡顿监控代码的实现
public class HandlerBlockTask {
private final static String TAG = "budaye";
public final int BLOCK_TMME = 1000;
private HandlerThread mBlockThread = new HandlerThread("blockThread");
private Handler mHandler;
private Runnable mBlockRunnable = 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.d(TAG, sb.toString());
}
};
public void startWork(){
mBlockThread.start();
mHandler = new Handler(mBlockThread.getLooper());
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)) {
startMonitor();
}
if (x.startsWith(END)) {
removeMonitor();
}
}
});
}
private void startMonitor() {
mHandler.postDelayed(mBlockRunnable, BLOCK_TMME);
}
private void removeMonitor() {
mHandler.removeCallbacks(mBlockRunnable);
}
}
逻辑解析：
- Demo中，我们使用了一个工作线程mBlockThread来监控UI线程的卡顿。
- 每次Looper的loop方法对消息进行处理之前，我们添加一个定时监控器。
- 如果UI线程中的消息处理时间小于我们设定的阈值BLOCK_TMME，则取消已添加的定时器。
- 当UI线程执行耗时任务，超过我们设定的阈值时，就会执行mBlockRunnable这个Rnnable，在它的run方法中，打印出主线程卡顿时的代码堆栈。
- 我们把堆栈日志收集起来，进行归类分析，就可以定位到产生卡顿问题的具体代码行号了。
注：当然，你也可以打印出每个消息执行的具体时间，这也非常简单，不做具体Demo分析了。
总结
本章我们介绍了UI线程卡顿产生的原因，以及实现方案的分析。我们使用Handler机制实现了UI卡顿的监控，并且分析了实现原理，最后使用具体Demo完成了代码方案的实现。
当然，UI卡顿监控手段多种多样，我会在后面的文章中逐一进行分享。