低性能的APP常見(jiàn)的表現(xiàn)有啟動(dòng)/界面切換慢洪灯、動(dòng)畫掉幀坎缭、卡頓、耗電签钩，甚至出現(xiàn)應(yīng)用無(wú)響應(yīng)掏呼、程序崩潰的現(xiàn)象。當(dāng)我們著手解決這些性能問(wèn)題時(shí)铅檩，面對(duì)的第一個(gè)問(wèn)題就是需要找到合適的工具來(lái)檢測(cè)這些問(wèn)題憎夷，用肉眼觀察來(lái)判斷定位這類問(wèn)題是不靠譜的。理想的檢測(cè)工具要能做到兩點(diǎn)：

1. 一是可以定性的告訴我們應(yīng)用是否有低性能問(wèn)題昧旨，并且能定位到的點(diǎn)拾给，指出哪個(gè)邏輯哪個(gè)方法使用系統(tǒng)資源低效，以便我們針對(duì)具體的問(wèn)題給出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案兔沃；
2. 二是能定量說(shuō)明問(wèn)題點(diǎn)的嚴(yán)重程度蒋得，有具體的數(shù)字來(lái)衡量，這樣我們對(duì)比優(yōu)化前后的測(cè)量數(shù)據(jù)乒疏，就可以清晰地看到優(yōu)化方案的收益和效果额衙。

Android Profiler

為了滿足上面兩個(gè)需求，我們需要使用到systrace和CPU Profiler這兩個(gè)檢測(cè)工具缰雇。

工具一：systrace
這個(gè)工具的作用從名字‘system trace’系統(tǒng)跟蹤就能看出一二入偷。我們主要是通過(guò)這個(gè)工具來(lái)記錄分析系統(tǒng)級(jí)函數(shù)的執(zhí)行情況。它從android內(nèi)核收集CPU調(diào)度械哟、存儲(chǔ)器訪問(wèn)疏之、應(yīng)用線程等信息，生成一張html格式的報(bào)表暇咆。這個(gè)工具還會(huì)自動(dòng)分析這些數(shù)據(jù)锋爪，高亮警示開(kāi)發(fā)者注意這些可能有問(wèn)題的地方。比如下圖UI掉幀的問(wèn)題爸业。但是systrace只提供了系統(tǒng)方法調(diào)用信息其骄，沒(méi)有指明具體是因?yàn)檎{(diào)用我們APP程序哪個(gè)方法導(dǎo)致的，從systrace中只能定位出大概是在首個(gè)Activity創(chuàng)建的時(shí)候發(fā)生的扯旷。想要獲取關(guān)于APP執(zhí)行的詳細(xì)信息就得使用今天的主角CPU Profiler了拯爽。

systrace

點(diǎn)擊查看systrace更多詳情。

工具二：CPU Profiler
CPU Profiler 可實(shí)時(shí)檢查應(yīng)用的 CPU 使用率和線程運(yùn)行情況钧忽，并記錄函數(shù)跟蹤毯炮，以便我們優(yōu)化和調(diào)試相關(guān)代碼逼肯。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是我們可以通過(guò)CPU Profiler查看應(yīng)用在某段時(shí)間里某個(gè)線程執(zhí)行了哪些方法，并且還定量的展示了執(zhí)行這些方法所耗費(fèi)的時(shí)間及其方法的調(diào)用堆棧桃煎。稍有經(jīng)驗(yàn)的程序員都知道應(yīng)用啟動(dòng)慢篮幢、界面切換慢、動(dòng)畫不流暢卡頓等類似問(wèn)題基本都是UI刷新不及時(shí)的表現(xiàn)为迈，UI刷新不及時(shí)就是因?yàn)閁I線程被其他邏輯方法長(zhǎng)時(shí)間占用導(dǎo)致三椿。吶，CPU Profiler簡(jiǎn)直就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而生的葫辐，輕松的分析出在卡頓（或者其他）過(guò)程中主線程都執(zhí)行了哪些耗時(shí)操作搜锰。

Google官方提供的Android開(kāi)發(fā)工具Android Studio附帶了很多開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，這其中就包括了一系列的性能分析工具另患。在Android Studio 3.0之前這些工具叫Android Monitor tools纽乱，Android Studio 3.0開(kāi)始成為Android Profiler tools。我現(xiàn)在使用的Android Studio版本是3.2.1昆箕，這篇文章主要介紹的是3.2.1版本Android Profiler tools中的CPU Profiler - CPU分析器鸦列。下面我們來(lái)看下CPU Profiler的使用方法。

一鹏倘、CPU Profiler概覽

1薯嗤、打開(kāi)CPU Profile界面

1. 點(diǎn)擊 View > Tool Windows > Android Profiler（也可以點(diǎn)擊工具欄中的 Android Profiler ）。
2. 在 Android Profiler 工具欄中點(diǎn)擊“+”號(hào)選擇您想要分析的設(shè)備和應(yīng)用進(jìn)程纤泵。 如果您通過(guò) USB 連接了某個(gè)設(shè)備但該設(shè)備未在設(shè)備列表中列出栋烤，請(qǐng)確保您已啟用 USB 調(diào)試砰盐。
3. 點(diǎn)擊 CPU 時(shí)間線中的任意位置即可打開(kāi) CPU Profiler。Android Profiler 界面是CPU、內(nèi)存亏推、網(wǎng)絡(luò)阐污、電量4項(xiàng)性能數(shù)據(jù)共享時(shí)間線視圖叔遂，此共享時(shí)間線視圖只顯示時(shí)間線圖表微渠。 要詳細(xì)分析，需要點(diǎn)擊性能數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的圖表循狰，打開(kāi)詳情視圖窟社。

Android Profiler 共享時(shí)間線視圖

打開(kāi) CPU Profiler 后，可以看到類似下圖的一些內(nèi)容绪钥。它將立即開(kāi)始顯示應(yīng)用的 CPU 使用率和線程 Activity灿里。

CPU Profiler

1. Event 時(shí)間線： 顯示應(yīng)用中在其生命周期不同狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的 Activity，并表明用戶與設(shè)備的交互程腹，包括觸摸事件匣吊、按鍵點(diǎn)擊的事件。 如需了解有關(guān) Event 時(shí)間線的更多信息，包括如何啟用它色鸳，請(qǐng)閱讀 啟用高級(jí)分析侣灶。

2. CPU 時(shí)間線： 顯示應(yīng)用的實(shí)時(shí) CPU 使用率（以占總可用 CPU 時(shí)間的百分比表示）以及應(yīng)用使用的總線程數(shù)。 此時(shí)間線還顯示其他進(jìn)程的 CPU 使用率（如系統(tǒng)進(jìn)程或其他應(yīng)用）缕碎，以便您可以將其與您的應(yīng)用使用率進(jìn)行對(duì)比。 通過(guò)沿時(shí)間線的水平軸移動(dòng)鼠標(biāo)池户，您還可以檢查歷史 CPU 使用率數(shù)據(jù)咏雌。

3. 線程活動(dòng)時(shí)間線： 列出屬于應(yīng)用進(jìn)程的每個(gè)線程并使用下面列出的顏色沿時(shí)間線標(biāo)示它們的狀態(tài)。 在記錄一個(gè)函數(shù)跟蹤后校焦，可以從此時(shí)間線中選擇一個(gè)線程以在跟蹤窗格中檢查其數(shù)據(jù)赊抖。

   • 綠色區(qū)域： 表示線程處于活動(dòng)狀態(tài)或準(zhǔn)備使用 CPU。 即寨典，它正在“運(yùn)行中”或處于“可運(yùn)行”狀態(tài)氛雪。
   • 黃色區(qū)域： 表示線程處于活動(dòng)狀態(tài)，但它正在等待一個(gè) I/O 操作（如磁盤或網(wǎng)絡(luò) I/O）耸成，然后才能完成它的工作报亩。
   • 灰色區(qū)域： 表示線程正在休眠且沒(méi)有消耗任何 CPU 時(shí)間。 當(dāng)線程需要訪問(wèn)尚不可用的資源時(shí)偶爾會(huì)發(fā)生這種情況井氢。 線程進(jìn)入自主休眠或內(nèi)核將此線程置于休眠狀態(tài)弦追，直到所需的資源可用。

4. Record按鈕：現(xiàn)在當(dāng)我們與應(yīng)用交互時(shí)花竞，可以通過(guò) CPU Profiler 監(jiān)控 CPU 使用率和線程狀態(tài)了劲件。 不過(guò)，如想要了解應(yīng)用執(zhí)行代碼的詳細(xì)信息约急， 我們需要記錄和檢查函數(shù)跟蹤零远。

2、記錄和檢查函數(shù)跟蹤

要開(kāi)始記錄函數(shù)跟蹤厌蔽，從下拉菜單中選擇 Sampled 或 Instrumented 記錄配置牵辣，或選擇您創(chuàng)建的自定義記錄配置，然后點(diǎn)擊 Record 躺枕。 與應(yīng)用交互并在完成后點(diǎn)擊 Stop recording服猪。 分析器將自動(dòng)選擇記錄的時(shí)間范圍，并默認(rèn)在函數(shù)跟蹤窗格中顯示主線程函數(shù)跟蹤信息拐云，如下圖所示罢猪。如果您想檢查另一個(gè)線程的函數(shù)跟蹤，只需從線程活動(dòng)時(shí)間線中選中它叉瘩，函數(shù)跟蹤窗格就會(huì)切換成所選線程的函數(shù)跟蹤信息膳帕。

跟蹤函數(shù)

1. 選擇時(shí)間范圍： 用于確定您要在跟蹤窗格中檢查所記錄時(shí)間范圍的哪一部分。 當(dāng)您首次記錄函數(shù)跟蹤時(shí)，CPU Profiler 將在 CPU 時(shí)間線中自動(dòng)選擇您的記錄的完整長(zhǎng)度危彩。 如果您想僅檢查所記錄時(shí)間范圍一小部分的函數(shù)跟蹤數(shù)據(jù)攒磨，您可以點(diǎn)擊并拖動(dòng)突出顯示的區(qū)域邊緣以修改其長(zhǎng)度。
2. 時(shí)間戳： 用于表示所記錄函數(shù)跟蹤的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間（相對(duì)于分析器從設(shè)備開(kāi)始收集 CPU 使用率信息的時(shí)間）汤徽。 在選擇時(shí)間范圍時(shí)娩缰，您可以點(diǎn)擊時(shí)間戳以自動(dòng)選擇完整記錄，如果您有多個(gè)要進(jìn)行切換的記錄谒府，則此做法尤其有用拼坎。
3. 跟蹤窗格： 用于顯示您所選的時(shí)間范圍和線程的函數(shù)跟蹤數(shù)據(jù)。 僅在您至少記錄一個(gè)函數(shù)跟蹤后此窗格才會(huì)顯示完疫。 在此窗格中泰鸡，您可以選擇想如何查看每個(gè)堆疊追蹤（使用跟蹤標(biāo)簽），以及如何測(cè)量執(zhí)行時(shí)間（使用時(shí)間引用下拉菜單）壳鹤。
4. 選擇后盛龄，可通過(guò) Top Down 樹(shù)、Bottom Up 樹(shù)芳誓、調(diào)用圖表或火焰圖的形式顯示您的函數(shù)跟蹤余舶。 您可以在下文中了解每個(gè)跟蹤窗格標(biāo)簽的更多信息。
5. 從下拉菜單中選擇以下選項(xiàng)之一兆沙，以確定如何測(cè)量每個(gè)函數(shù)調(diào)用的時(shí)間信息：
   • Wall clock time：壁鐘時(shí)間表示實(shí)際經(jīng)過(guò)的時(shí)間欧芽。
   • Thread time：線程時(shí)間 = 實(shí)際經(jīng)過(guò)的時(shí)間 - 線程未消耗 CPU 資源的時(shí)間。 對(duì)于任何給定函數(shù)葛圃，其線程時(shí)間始終少于或等于其壁鐘時(shí)間千扔。 線程時(shí)間可以更好地了解到線程的實(shí)際 CPU 使用率中有多少是給定函數(shù)消耗的。

二库正、CPU Profiler 使用示例

上面把 CPU Profiler 工具的基本界面介紹了一下曲楚。下面我們通過(guò)兩個(gè)例子來(lái)進(jìn)一步了解下 CPU Profiler 的用法。

示例1：界面切換卡頓

問(wèn)題：首次打開(kāi)播放頁(yè)時(shí)界面卡頓褥符，待優(yōu)化龙誊。
分析：界面卡頓，應(yīng)該數(shù)主線有耗時(shí)操作導(dǎo)致UI刷新不及時(shí)喷楣。所以我們是用CPU Profiler來(lái)定位問(wèn)題趟大。

1. AS（Android Studio）連接上手機(jī)，手機(jī)上運(yùn)行要分析APP來(lái)到MainActivity铣焊，再在AS的Profiler窗口選擇要調(diào)試的進(jìn)程逊朽，打開(kāi)CPU Profiler。
2. 然后在AS上點(diǎn)擊 Record 曲伊，再在手機(jī)上操作跳轉(zhuǎn)到PlayerActivity完成后點(diǎn)擊 Stop recording叽讳。得到如下圖所示信息。
3. 仔細(xì)查看主線程Call Chart信息，發(fā)現(xiàn)播放頁(yè)的onCreate()里的MultiscreenManager.init();耗用了絕大多數(shù)時(shí)間岛蚤。仔細(xì)查看這一方法作用是初始化投屏相關(guān)功能邑狸。（初始話方法的具體邏輯去掉了，調(diào)用了sleep方法來(lái)模擬）

Call Chart 標(biāo)簽提供函數(shù)跟蹤的圖形表示形式涤妒，其中单雾，水平軸表示函數(shù)耗費(fèi)的時(shí)間，垂直軸顯示其被調(diào)用者她紫。 對(duì)系統(tǒng) API 的函數(shù)調(diào)用顯示為橙色铁坎，對(duì)應(yīng)用自有函數(shù)的調(diào)用顯示為綠色，對(duì)第三方 API（包括 Java 語(yǔ)言 API）的函數(shù)調(diào)用顯示為藍(lán)色犁苏。

播放頁(yè)啟動(dòng)函數(shù)調(diào)用圖

解決方案：問(wèn)題找到了解決就很容易了，投屏功能不是播放頁(yè)啟動(dòng)的必須初始化項(xiàng)目扩所，但是如果后置到用戶點(diǎn)擊投屏功能以后再去初始化投屏SDK围详，則會(huì)影響投屏功能的用戶體驗(yàn)。這種問(wèn)題有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)解決方案祖屏，把該任務(wù)添加到閑時(shí)任務(wù)系統(tǒng)中去助赞。

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_player);

    Looper.myQueue().addIdleHandler(new MessageQueue.IdleHandler() {
        @Override
        public boolean queueIdle() {
            MultiscreenManager.init();
            return false;
        }
    });
}

CPU Profiler 檢測(cè)時(shí)測(cè)量的函數(shù)耗時(shí)會(huì)大于真正線上包運(yùn)行的時(shí)間。一方面是函數(shù)跟蹤工具會(huì)加入額外的計(jì)時(shí)邏輯袁勺，另一方面它還會(huì)關(guān)閉虛擬機(jī)的JIT功能雹食。所以我們一般是對(duì)比優(yōu)化前后測(cè)量的兩組數(shù)據(jù)來(lái)判斷優(yōu)化的效果。

修改后再測(cè)試下數(shù)據(jù)期丰，onCreate()方法耗時(shí)明顯降低群叶，投屏sdk初始化邏輯放在主線程空閑的時(shí)候去執(zhí)行的。還有一點(diǎn)注意下钝荡，可能出現(xiàn)從播放頁(yè)打開(kāi)到用戶請(qǐng)求投屏?xí)r街立，主線程一直不空閑，也就是我們的初始化任務(wù)沒(méi)有執(zhí)行情況埠通。所以加到閑時(shí)任務(wù)系統(tǒng)中的任務(wù)還得具備一個(gè)特點(diǎn)赎离，就是如果顯示任務(wù)沒(méi)有執(zhí)行，后續(xù)邏輯也要能正常運(yùn)行端辱。不過(guò)這個(gè)問(wèn)題也很容易解決梁剔，就是在后續(xù)邏輯執(zhí)行前先判斷下是否初始化了。

優(yōu)化后數(shù)據(jù)

示例2：應(yīng)用冷啟動(dòng)慢

問(wèn)題：殺掉進(jìn)程后舞蔽，再次啟動(dòng)應(yīng)用慢荣病，待優(yōu)化。
分析：有了上面的經(jīng)驗(yàn)喷鸽，分析這個(gè)問(wèn)題也一樣众雷，先打開(kāi)APP，選擇要調(diào)試的進(jìn)程，點(diǎn)擊record按鈕跟蹤卡頓過(guò)程中函數(shù)調(diào)用信息砾省。好了鸡岗，問(wèn)題來(lái)了，我們這里是要抓取應(yīng)用冷啟動(dòng)過(guò)程函數(shù)調(diào)用信息编兄，但是要用CPU Profiler工具抓取信息得先指定進(jìn)程轩性。應(yīng)用啟動(dòng)前又沒(méi)有進(jìn)程信息可以指定。愁狠鸳，撓頭揣苏，程序員的頭就是這么給撓禿頂?shù)摹?/p>

這個(gè)時(shí)候就該Debug 類出場(chǎng)了。我們可使用 Debug 類精確地控制設(shè)備何時(shí)開(kāi)始和停止記錄函數(shù)跟蹤信息件舵，來(lái)生成一份函數(shù)跟蹤信息文件卸察。然后再使用 Android Studio 或 Traceview 查看各個(gè)跟蹤日志。

Traceview 有點(diǎn)過(guò)時(shí)了铅祸。如果我們使用的是3.2及其更新的Android Studio坑质，就沒(méi)有必要用Traceview了。

在開(kāi)始生成跟蹤日志之前临梗，要確保應(yīng)用有權(quán)限寫入外部存儲(chǔ)WRITE_EXTERNAL_STORAGE涡扼，以便將跟蹤日志保存至該設(shè)備。創(chuàng)建跟蹤日志盟庞，在想系統(tǒng)開(kāi)始記錄跟蹤數(shù)據(jù)的位置調(diào)用 Debug.startMethodTracing()吃沪，要停止跟蹤的位置請(qǐng)調(diào)用 Debug.stopMethodTracing()。系統(tǒng)將在getExternalFilesDir() 目錄下生成 .trace 文件什猖，一般都在 ~/sdcard/Android/data/$packname/files 目錄中票彪。用Android Studio的Device File Explorer工具找到這個(gè)文件雙擊即可打開(kāi)。

public class DymApplication extends Application {
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        
        SimpleDateFormat date = new SimpleDateFormat("dd_MM_yyyy_hh_mm_ss");
        String logDate = date.format(new Date());
        
        // 在Application創(chuàng)建的時(shí)候開(kāi)始函數(shù)跟蹤
        // 傳入的參數(shù)是函數(shù)跟蹤信息文件名不狮，加時(shí)間戳保證文件不會(huì)被覆蓋
        Debug.startMethodTracing("sample-" + logDate);
    }
}

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main_activity);

        try {
            // TODO: 2018/12/7 怎么又是這個(gè)倒霉的sleep抹镊，為了測(cè)試APP啟動(dòng)卡頓問(wèn)題
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 在首頁(yè)Activity創(chuàng)建完成停止函數(shù)跟蹤
        Debug.stopMethodTracing();
    }
}

函數(shù)跟蹤日志生成了，分析就和之前沒(méi)什么兩樣了荤傲。

CPU Profiler 中還有一些信息也是很有用的垮耳，比如Top Down 和 Bottom Up ，這里沒(méi)有講到遂黍，大家可以自己去看下终佛，有什么不明白的，也可以在下面留言討論雾家。

三铃彰、結(jié)束

總的來(lái)說(shuō)就是 CPU Profiler 可以讓我們查看應(yīng)用進(jìn)程中的每個(gè)線程，某段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行了哪些函數(shù)芯咧，以及在其執(zhí)行期間每個(gè)函數(shù)消耗的 CPU 資源（文章中耗時(shí)只得就是占用CPU的時(shí)間）牙捉。 還可以使用函數(shù)跟蹤來(lái)識(shí)別調(diào)用方和被調(diào)用方竹揍。 據(jù)此可以確定哪些函數(shù)負(fù)責(zé)調(diào)用常常會(huì)消耗大量特定資源的任務(wù)，并嘗試優(yōu)化應(yīng)用代碼以避免不必要的開(kāi)支邪铲。

大家努力芬位，最大限度減少應(yīng)用的 CPU 使用率，向德芙巧克力一樣带到，在各種新舊設(shè)備上都能提供縱享絲滑的用戶體驗(yàn)昧碉。