使用Systrace分析UI性能

使用Systrace分析UI性能

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• 原文鏈接 : Analyzing UI Performance with Systrace
• 原文作者 : Android Developers
• 譯文出自 : 開發技術前線 www.devtf.cn。未經允許，不得轉載!
• 譯者 : desmond1121
• 校對者: desmond1121

開發應用的時候，應該檢查它是否有流暢的用戶體驗，即60fps的幀率。如果由於某種原因丟幀，我們首先要做的就是知道系統在做什麼（造成丟幀的原因）。

Systrace允許你監視和跟蹤Android系統的行爲(trace)。它會告訴你係統都在哪些工作上花費時間、CPU週期都用在哪裏，甚至你可以看到每個線程、進程在指定時間內都在幹嘛。它同時還會突出觀測到的問題，從垃圾回收到渲染內容都可能是問題對象，甚至提供給你建議的解決方案。本文章將介紹如何導出trace以及使用它來優化UI的辦法。

總覽

Systrace可以幫助你分析應用在不同Android系統上的運行情況。它將系統和應用的線程運行情況放置在同一條時間線上分析。你首先需要收集系統和應用的trace（後面會告訴你怎麼做），之後Systrace會幫你生成一份細緻、直觀的報告，它展示了設備在你監測的這段時間內所發生的事情。

圖1. 連續滑動應用5秒的Trace，它並沒有表現得很完美。

圖1展示了應用在滑動不流暢的時候生成的trace。默認縮放成全局顯示，你可以放大到自己所關注的地方。橫軸代表着時間線，事件記錄按照進程分組，同一個進程內按線程進行縱向拆分，每個線程記錄自己的工作。

在本例中，一共有三個組：Kernel, SurfaceFlinger, App，他們分別以包名爲標識。每個應用進程都會包含其中所有線程的記錄信號，你可以看到從InputEvent到RenderThread都有。

生成Trace

在獲取trace之前需要做一些啓動工作。首先，設備要求API>=16(Android 4.1)，之後通過正常的Debug流程（開啓調試、連接工作環境、安裝App）連接設備。由於需要記錄磁盤活動和內核工作，你可能需要root權限。不過大部分時候你只要能夠正常Debug即可。

Systrace 可以通過命令行或者圖形界面啓動，本篇文章重點介紹通過命令行使用Systrace。

在Android 4.3及以上的系統中獲取trace

在4.3以上的系統獲取Trace步驟：

1. 保證設備USB連接正常，並可以debug；
2. 在命令行中設置選項，開啓trace，比如：

    $ cd android-sdk/platform-tools/systrace
    $ python systrace.py --time=10 -o mynewtrace.html sched gfx view wm

1. 在設備上做任何你想讓trace記錄的操作。

你可以通過Systrace選項來了解更多命令行選項。

在Android 4.2及以下的系統中獲取trace

在4.2及以下的系統中高效地使用Systrace的話，你需要在配置的時候顯式指定要trace的進程種類。一共有這兩類種類：

• 普通系統進程，比如圖形、聲音、輸入等。（通過tags設置，具體在Systrace命令行中有介紹）
• 底層系統進程，比如CPU、內核、文件系統活動。（通過options設置，具體在Systrace命令行中有介紹）

你可以通過以下命令行操作來設置tags：

1. 使用 --set-tags選項:

    $ cd android-sdk/platform-tools/systrace
    $ python systrace.py --set-tags=gfx,view,wm

1. 重啓adb shell來trace這些進程：

    $ adb shell stop
    $ adb shell start

你也可以通過手機上的圖形界面設置tags：

1. 在設備上進入設置> 開發者選項 > 監控 > 啓用跟蹤（部分手機上沒有這個選項）；
2. 選擇追蹤進程類型，點擊確認。

注意: 在圖形界面中設置tag時adb shell不用重新啓動。

在配置完tags後，你可以開始收集操作信息了。

如何在當前設置下啓動trace：

1. 保證設備的usb連接正常，並且可以正常debug；
2. 使用低系統等級的命令行選項開啓trace，比如： $ python systrace.py --cpu-freq --cpu-load --time=10 -o mytracefile.html
3. 在設備上做任何你想讓trace記錄的操作。

你可以通過Systrace選項來了解更多命令行選項。

分析trace報告

在你獲取trace之後你可以在網頁瀏覽器中打開它。這部分內容告訴你怎麼通過trace去分析和解決UI性能。

監視幀數

每個應用都有一行專門顯示frame，每一幀就顯示爲一個綠色的圓圈。不過也有例外，當顯示爲黃色或者紅色的時候，它的渲染時間超過了16.6ms（即達不到60fps的水準）。'w'鍵可以放大，看看這一幀的渲染過程中系統到底做了什麼。

提示：你可以按右上角的'?'按鈕來查看界面使用幫助。

 圖2. Systrace顯示長渲染時間的幀

單擊該幀可以高亮它，這時候跟該幀有關的內容會被突出顯示。在5.0及以上的系統中，顯示工作被拆分成UI線程和Render線程兩部分；在5.0以下的系統中，所有的顯示工作在UI線程中執行。

點擊單個Frame下面的組件可以看他們所花費的時間。每個事件（比如performTraversals）都會在你選中的時候顯示出它們調用了哪些方法及所用的時間。

調查警告事件

Systrace會自動分析事件，它會將任何它認爲性能有問題的東西都高亮警告，並提示你要怎麼去優化。

 圖3. 選擇一個被高亮幀，它會顯示出檢測到的問題（回收ListView消耗時間太長）。

在你選擇類似圖三中的問題幀之後，它就會提示你檢測出的問題。在這個例子中，它被警告的主要原因是ListView的回收和重新綁定花費太多時間。在Systrace中也會提供一些對應鏈接，它們會提供更多解釋。

如果你想知道UI線程怎麼會花費這麼多時間的話，你可以使用TraceView，它會告訴你都是哪些函數在消耗時間。

你可以通過右側的'Alert'選項卡來查看整個trace過程中發生的所有問題，並進行快速定位。

 圖4. 點擊Alert選項卡。

你可以將Alert面板中的問題視爲需要處理的bug，很有可能每一次微小的優化能夠去除整個應用中的警告！

應用級別調試

Systrace並不會追蹤應用的所有工作，所以你可以在有需求的情況下自己添加要追蹤的代碼部分。在Android 4.3及以上的代碼中，你可以通過Trace類來實現這個功能。它能夠讓你在任何時候跟蹤應用的一舉一動。在你獲取trace的過程中，Trace.beginSection()與Trace.endSection()之間代碼工作會一直被追蹤。

下面這部分代碼展示了使用Trace的例子，在整個方法中含有兩個Trace塊。

public void ProcessPeople() {
    Trace.beginSection("ProcessPeople");
    try {
        Trace.beginSection("Processing Jane");
        try {
           // 待追蹤的代碼
        } finally {
            Trace.endSection(); // 結束 "Processing Jane"
        }

        Trace.beginSection("Processing John");
        try {
            // 待追蹤的代碼
        } finally {
            Trace.endSection(); // 結束 "Processing John"
        }
    } finally {
        Trace.endSection(); // 結束 "ProcessPeople"
    }
}

注意：在Trace是被嵌套在另一個Trace中的時候，endSection()方法只會結束理它最近的一個beginSection(String)。即在一個Trace的過程中是無法中斷其他Trace的。所以你要保證endSection()與beginSection(String)調用次數匹配。

注意：Trace的begin與end必須在同一線程之中執行！

當你使用應用級別追蹤的時候，你必須通過-a或者-app=來顯式地指定應用包名。可以通過Systrace指南查看更多關於它的信息。

你在評估應用的時候應該開啓應用級別跟蹤，即使當你沒有手動添加Trace信號。因爲很多庫函數裏面是有添加Trace信號的（比如RecyclerView），它們往往能夠提供很多信息。