Android检测应用中的UI卡顿优化UI性能

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：

Android UI性能优化实战识别绘制中的性能问题

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：

利用UI线程Looper打印的日志
利用Choreographer

两种方式都有一些开源项目，例如：

https://github.com/markzhai/AndroidPerformanceMonitor [方式1]
https://github.com/wasabeef/Takt [方式2]
https://github.com/friendlyrobotnyc/TinyDancer [方式2]

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：

https://github.com/android-notes/Cockroach

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);

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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和<<<<< 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。