1抵窒、前言

很多時候在使用APP的時候，手機可能會發(fā)熱發(fā)燙叠骑。這是因為CPU使用率過高李皇，CPU過于繁忙，會使整個手機無法響應(yīng)用戶宙枷，整體性能降低掉房，用戶體驗就會很差，也容易引起ANR等等一系列問題慰丛。以下會根據(jù)實際app性能測試案例卓囚，展開進行app性能評測之CPU使用率的分析和總結(jié)。

CPU使用率原理理解

在Linux系統(tǒng)下诅病，CPU利用率分為用戶態(tài)哪亿、系統(tǒng)態(tài)、空閑態(tài)贤笆，分別表示CPU處于用戶態(tài)執(zhí)行的時間蝇棉，系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行的時間，和空閑系統(tǒng)進程執(zhí)行的時間苏潜。

平時所說的CPU利用率是指：CPU執(zhí)行非系統(tǒng)空閑進程的時間 / CPU總的執(zhí)行時間银萍。

那么我們來看看這個時間究竟是什么？

先介紹幾個和Linux時間有關(guān)的名詞：HZ恤左、tick與jiffies贴唇。

HZ：Linux 核心每隔固定周期會發(fā)出timer interrupt (IRQ 0)，HZ是用來定義每一秒有幾次timer interrupts飞袋。例如HZ為1000戳气，就代表每秒有1000次timer interrupts。
Tick ：Tick是HZ的倒數(shù)巧鸭，Tick = 1/HZ 瓶您。即timer interrupt每發(fā)生一次中斷的時間。如HZ為250時纲仍，tick為4毫秒(millisecond)呀袱。
Jiffies ：在Linux的內(nèi)核中，有一個全局變量：Jiffies郑叠。 Jiffies代表時間夜赵。它的單位隨硬件平臺的不同而不同。jiffies的單位就是 1/HZ乡革。Intel平臺jiffies的單位是1/100秒寇僧，這就是系統(tǒng)所能分辨的最小時間間隔了摊腋。每個CPU時間片，Jiffies都要加1嘁傀。 CPU的利用率就是用執(zhí)行用戶態(tài)+系統(tǒng)態(tài)的Jiffies除以總的Jifffies來表示兴蒸。

CPU利用率計算公式也就是：
CPU使用率＝（用戶態(tài)Jiffies＋系統(tǒng)態(tài)Jiffies）／總Jiffies

2、CPU測試方法

2.1 CPU占用率數(shù)據(jù)獲取--第三方測試工具

騰訊GT
平安云測試助手+評測中心(http://fit-stg1.jryzt.com/Hyperion-server/html/index.html) ---極力推薦
安測試
騰訊APT
網(wǎng)易Emagee

CPU測試大家一般都使用外部提供的第三方工具來輔助測試细办，類似上方列舉的這些橙凳、這些工具的原理都是基于調(diào)用 android 底層的一些 api 來獲取到測試所用到的值，當(dāng)然我們也可以采用其他方法蟹腾，如使用 android 本身提供的一套 adb 即可完成上述測試痕惋。

2.2 CPU占用率數(shù)據(jù)獲取方法--adb命令

CPU是系統(tǒng)非常重要的資源，在Android中/proc/stat, 包含了所有CPU的相關(guān)詳情信息娃殖，查看CPU使用情況值戳，CPU不是一個瞬時態(tài)，而是一個過程態(tài)的體現(xiàn)炉爆，一般可以使用top命令和dump cpuinfo命令進行CPU占用率獲取堕虹。

一般獲取Android CPU數(shù)據(jù)的有兩個命令：top和dump cpuinfo

2.2.1 top命令獲取方法

（1）top命令方式獲取原理了解：

top是比較經(jīng)典的CPU計算方法，top的代碼在androidm/system/core/toolbox/top.c下面芬首，輸出process的cpu使用率在print_procs里面赴捞，CPU的計算是proc->delta_time * 100 / total_delta_time

先看total_delta_time由：

    total_delta_time = (new_cpu.utime + new_cpu.ntime + new_cpu.stime + new_cpu.itime + new_cpu.iowtime + new_cpu.irqtime + new_cpu.sirqtime)
  - (old_cpu.utime + old_cpu.ntime + old_cpu.stime + old_cpu.itime
  + old_cpu.iowtime + old_cpu.irqtime + old_cpu.sirqtime);

而這些變量的值，是在read_procs通過讀取/proc/stat的jiffies得到：
所以總的cpu時間 = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq 郁稍，例如：User 147 + Nice 11 + Sys 79 + Idle 408 + IOW 1 + IRQ 0 + SIRQ 6 = 652
而proc->delta_time是兩次讀取/proc/pid/stat相減得到赦政，可見，top是一段時間內(nèi)耀怜，計算process的cpu jiffies與總的cpu jiffies差值得到恢着。

附注釋：

（2）top命令獲取CPU占用率實例：

adb shell top -m 100 -n 1 -s cpu | grep 包名

adb shell top -m 100 -n 1 -s cpu | grep com.pafinancialtech.fuzhoubank

zhangmeiyuan-5:~ zhangmeiyuan$ adb shell top -m 100 -n 1 -s cpu | grep com.pafinancialtech.fuzhoubank
18540  0  42% S   108 2102520K 317264K  fg u0_a858  com.pafinancialtech.fuzhoubank

CPU占用率_實時打印.png

CPU占用率_每隔5s打印一次.png

2.2.2 dump cpuinfo命令獲取方法

（1）dump命令方式獲取原理了解：

dump cpuinfo是Android特有的命令，dump cpuinfo命令的實現(xiàn)在androidm/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ProcessCpuTracker.java類里面拯勉，方法是printCurrentState:
而printProcessCPU輸出process CPU的使用情況：

private void printProcessCPU(PrintWriter pw, String prefix, int pid, String label,
            int totalTime, int user, int system, int iowait, int irq, int softIrq,
            int minFaults, int majFaults) {
        pw.print(prefix);
        if (totalTime == 0) totalTime = 1;
        printRatio(pw, user+system+iowait+irq+softIrq, totalTime);
...
}

user+system+iowait+irq+softIrq就是totalTime竟趾。 st變量的賦值，在collectStats里面宫峦，st.rel_utime 和 st.rel_stime還是通過讀/proc/pid/stat相減得到岔帽，而st.rel_uptime卻是通過 SystemClock.uptimeMillis()差值，并不是跟top一樣导绷，通過proc/stat得到總CPU jiffies,

所以犀勒，進程的總Cpu時間processCpuTime = utime + stime + cutime + cstime，該值包括其所有線程的cpu時間妥曲。（例外贾费，一般cpu按100%計算，如果是多核情況下還需乘以cpu的個數(shù))

附注釋：
/proc/pid/stat文件:
該文件包含了某一進程所有的活動的信息檐盟，該文件中的所有值都是從系統(tǒng)啟動開始累計 到當(dāng)前時刻褂萧。
Utime(39) 該任務(wù)在用戶態(tài)運行的時間，單位為jiffies
Stime(25) 該任務(wù)在核心態(tài)運行的時間葵萎，單位為jiffies
Cutime(0) 所有已死線程在用戶態(tài)運行的時間导犹，單位為jiffies
Cstime(0) 所有已死在核心態(tài)運行的時間，單位為jiffies

（2）dump命令獲取CPU占用率實例

adb shell dumpsys cpuinfo |grep 包名

zhangmeiyuan-5:~ zhangmeiyuan$ adb shell dumpsys cpuinfo |grep com.pafinancialtech.fuzhoubank
  117% 16322/com.pafinancialtech.fuzhoubank: 106% user + 11% kernel / faults: 45403 minor 99 major
  0.5% 14032/com.pafinancialtech.fuzhoubank:pushservice: 0.5% user + 0% kernel / faults: 1610 minor
 +0% 16547/com.pafinancialtech.fuzhoubank:remote: 0% user + 0% kernel

CPU_dump方式獲取的占用率.png

從上圖我們可以看出：80%是針對這個CPU的占用率是80%羡忘，其中72%占用率是用戶使用的谎痢，8.4%是內(nèi)核的占用率，這個數(shù)只是針對1核來說卷雕，現(xiàn)在手機都是多核的了节猿，那這樣的值也不會太準(zhǔn)確，如果是多核情況下還需除以cpu的個數(shù)漫雕。

綜上：top跟dump cpuinfo的區(qū)別在于：top分母是總測CPU jiffies滨嘱，而dump cpuinfo是是時間，而并非jiffies蝎亚，也能解釋為什么top出來的cpu九孩，大部分時間會比dump cpuinfo小的原因。

2.3 CPU問題分析思路及工具

如果APP某場景進行操作時出現(xiàn)發(fā)燙发框、卡頓躺彬、ANR現(xiàn)象時，可以懷疑出現(xiàn)CPU問題梅惯，一般解決思路如下：

a. 如果已經(jīng)導(dǎo)致ANR, 則去log里面搜索"ANR in"
b. 沒有導(dǎo)致ANR則基于以上方法獲取到的CPU占用率宪拥，如果某場景的CPU占用率走勢異常、峰值存在異常铣减、均值大于基線她君，則可以利用DDMS查看分析Trace文件，或者使用Android studio里面的Android Monitor根據(jù)Monitor中的CPU可以看出目前CPU明細(xì)使用葫哗。
c.查找程序中有沒有特殊布局或者特殊操作（GPS定位缔刹，一直刷新類的服務(wù)等）球涛，特殊加載（Gif圖片加載，視頻校镐，音頻加載等）

2.3.1 Android Monitor監(jiān)控分析

拿到APP源碼亿扁，在Android studio中構(gòu)建測試DEBUG包進行調(diào)試如下截圖：

cpu_monitor.png

image.png

雙擊我綠色框標(biāo)記的這個按鈕，就會生成這么一個文件鸟廓，如圖：

image.png

上圖就一目了然的看到了耗費CPU 都有哪些方法从祝。此時點擊黑色的文本，幾秒鐘后studio會生成.trace文件引谜，我們就可以分析各方法使用cpu的情況了牍陌。

2.3.2 分析TraceView文件查找CPU問題

TraceView 是 Android SDK 中內(nèi)置的1個工具，它可以加載 trace 文件员咽，用圖形的情勢展現(xiàn)代碼的履行時間毒涧、次數(shù)及調(diào)用棧，便于我們分析骏融。

（1）使用Android Studio工具DDMS

生成Traceview 進行分析查看具體Trace期間各方法調(diào)用關(guān)系链嘀，調(diào)用次數(shù)以及耗時比例

DDMS_查看各方法調(diào)用及CPU信息.png

附注釋：
Traceview 面板分上下兩部分
上面是時間軸面板 (Timeline Panel)
左側(cè)顯示的是線程信息
右側(cè)黑色部分是顯示執(zhí)行時間段、白色是線程暫停時間段档玻，
右側(cè)鼠標(biāo)放在上面會出現(xiàn)時間線縱軸怀泊，在頂部會顯示當(dāng)前時間線所執(zhí)行的具體函數(shù)信息
下面是分析面板(Profile Panel) - 每一列內(nèi)容
Inclusive time - 函數(shù)本身運行花費時間 + 函數(shù)調(diào)用其他函數(shù)時間
Exclusive time - 函數(shù)本身運行花費時間。
Calls + RecurCall/Total 調(diào)用 + 重復(fù)調(diào)用次數(shù) / 函數(shù)總調(diào)用次數(shù)
Cpu Time/Call 總的Cpu時間與總的調(diào)用次數(shù)之比

附： Profile Panel各列作用說明

（2）使用代碼生成 trace 文件

  Debug.startMethodTracing("shixintrace");   
 //開始 trace看杭，保存文件到 "/sdcard/shixintrace.trace"
    // ...
    Debug.stopMethodTracing();    //結(jié)束

代碼很簡單忠藤，當(dāng)你調(diào)用開始代碼的時候，系統(tǒng)會生產(chǎn) trace 文件楼雹，并且產(chǎn)生追蹤數(shù)據(jù)模孩，當(dāng)你調(diào)用結(jié)束代碼時，會將追蹤數(shù)據(jù)寫入到 trace 文件中贮缅。
下1步使用 adb 命令將 trace 文件導(dǎo)出到電腦：

adb pull /sdcard/shixintrace.trace /tmp

使用代碼生成 trace 方式的好處是容易控制追蹤的開始和結(jié)束榨咐，缺點就是步驟略微多了一點。

2.3 CPU測試場景

一般cpu檢測我們要分4種情況：
1.在空閑時間的消耗谴供，基本沒大應(yīng)用使用cpu

如果APP在退出界面后還有進程長期運行块茁，那需要關(guān)注下待機場景的CPU。待機場景下CPU的消耗一般不會很大，例如福州直銷銀行APP在后臺運行時数焊，可能消耗經(jīng)常是0%永淌，長時間平均下，可能只有0.1%昌跌、0.2%仰禀，看看競品，也是差不多蚕愤，好像沒有太大區(qū)別。那么CPU消耗這么少是不是就不用管CPU了呢饺蚊，然而即使是平均值很小萍诱，但是長時間待機，例如安全類工具污呼，CPU的消耗還是不容忽視裕坊。
這種場景下我們測試時常用的單位有：消耗XX jiffies/分鐘；半/1小時共增加XX jiffies燕酷。

2.在運行一些應(yīng)用的情況下籍凝，cpu已占50%的情況下，觀察應(yīng)用程序占用cpu的情況

簡單說這種情況就是后臺已經(jīng)有幾個應(yīng)用在運行已經(jīng)并且消耗了系統(tǒng)的一些資源的情況下進行測試苗缩。

3.在高負(fù)荷的情況下看CPU的表現(xiàn)饵蒂，我定義這個高負(fù)荷，cpu占用應(yīng)是在80%以上

滿規(guī)格狀態(tài)下的應(yīng)用CPU消耗情況

4.觀察App 相同/不同場景下CPU走勢酱讶、峰值情況

對比不同場景頁面CPU占用大小
對比不同時間段同一場景頁面CPU占用走勢情況

3退盯、XX銀行性能評測-CPU測試結(jié)果分析

3.1 總覽

此次質(zhì)量開放平臺-評測中心（http://fit-stg1.jryzt.com/Hyperion-server/html/index.html）的性能測試的采集的CPU占用數(shù)據(jù)主要是針對場景頁面的CPU占用測試，CPU占用數(shù)據(jù)獲取原理是CPU執(zhí)行非系統(tǒng)空閑進程的時間 / CPU總的執(zhí)行時間泻肯。

從CPU消耗對比來看渊迁，行業(yè)競品均值為8.4%，90分位約4.9%灶挟，75分位約7.8%琉朽，中位數(shù)約9.3%，25分位約16.2%稚铣。

CPU占用對比.png

【榕商Bank】和10家競品分析對比箱叁，CPU占用12.0%，表現(xiàn)較差榛泛，不及行業(yè)平均水準(zhǔn)蝌蹂。但是從APP本品各場景CPU占用率來看，占用率最大的為理財產(chǎn)品詳情頁22.7%曹锨，主要原因是該頁面存在6個不同時段近七日和萬份收益率曲線走勢圖繪制孤个，但是仍然未超過CPU占用率基線30%，且目前大部分手機是四核沛简、八核系統(tǒng)齐鲤，所以目前測試數(shù)據(jù)表明整體表現(xiàn)良好不存在瓶頸斥废，但是從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來看，理財產(chǎn)品詳情頁仍然有優(yōu)化空間给郊，建議優(yōu)化牡肉。

理財產(chǎn)品詳情頁性能曲線.png

4、App端CPU問題排查思路：

（1）是否有非常多的網(wǎng)絡(luò)請求
（2）是否開了很多進程OR 應(yīng)用淆九，嘗試關(guān)閉其他應(yīng)用再查看CPU是否降下來
（3）是否有大量大圖片统锤、視頻處理跟加載或布局
（4）查找程序中有沒有特殊布局或者特殊操作（GPS定位，一直刷新類的服務(wù)等）炭庙，特殊加載（Gif圖片加載饲窿，視頻，音頻加載等）
（5）當(dāng)前頁面是否有過多的圖表焕蹄、曲線圖等繪制操作
（6）通過Android Studio 自帶的monitor查找是哪個Activity或者哪個方法有一直不停止的運算消耗CPU（比如：不停止的while 或者for 循環(huán)）