android核心技术之性能分析工具TraceView

前面的话

有一次，被一个高大上的公司面试问到TraceView是做什么的，不知道，于是被人鄙视了。当时觉得别人好高大上啊，这么牛的东西都知道，而我只是听过这个名字，完全不清楚是个什么东东，果然是好公司啊，这个东东一定非常高深。

然后晚上我百度了一下，看了几个博客，再然后自己写了一个Demo，就明白了，原来是一个性能分析定位工具，只要用过，就是如此的简单，对于所有人都是零门槛的那种，哎，一个基本的工具使用，只要留心一下，大家都会使用的。

TraceView

系统性能优化，关键是要定位其中的hotspot（热点，即bottleneck，也就是系统的瓶颈）。只要定位到了hotspot，基本上问题解决了一个大半，所以快速准确的定位hotspot是问题解决的关键。

TraceView是Android平台特有的数据采集和分析工具，它主要用于分析Android中应用程序的hotspot，特别是可以清楚的统计线程对CPU资源的占用情况，方法的调用次数，调用时间等信息。

TraceView使用方法

TraceView的使用方法有二个：

1.分析时，可以在开始的地方调用Debug类的startMethodTracing函数，在要结束的地方调用Debug类的stopMethodTracing函数。这两个函数运行过程中将采集运行时间内该应用所有线程（注意，只能是Java线程）的函数执行情况，并将采集数据保存到/sdcard/trace_view_debug.trace文件中。开发者然后需要利用SDK中的Traceview工具来分析这些数据。

代码如下：

//开始的地方
Debug.startMethodTracing("trace_view_debug");
//结束的地方
Debug.stopMethodTracing();

使用此接口，需要在AndroidManifest.xml文件中定义权限：

<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"/>
<uses-permission android:name="android.permission.MOUNT_UNMOUNT_FILESYSTEMS"/>

我们将trace_view_debug.trace导出手机：

adb pull /sdcard/trace_view_debug.trace /home/android/

分别使用traceview来打开此文件：

如果是Eclipse,则进入/SDK/tools目录，执行如下指令：

./traceview  /home/android/trace_view_debug.trace

如查是Android Studio，则进入android_studio/android-sdk-linux/tools目录，执行指令：

./traceview /home/android/trace_view_debug.trace

2.直接使用DDMS工具中的Start Method Profiling按钮，如下图：



先选中一个应用进程，Start Method Profiling按钮显示可以点击，我们点击Start Method Profiling按钮，然后工具采集目标进程的数据，当我们再次点击，会直接跳转到Traceview界面。如下图：



Traceview界面包括二个部分，Timeline Panel(时间线面板)和Profile Panel(分析面板)：



看上图，Timeline Panel又可细分为左右两个Pane：

左边Pane显示的是测试数据中所采集的线程信息。本次测试数据采集了main线程，ReferenceQueueDaemon，FinallizerDaemo,还有二个Thread的信息。

右边Pane所示为时间线，时间线上是每个线程测试时间段内所涉及的函数调用信息。这些信息包括函数名、函数执行时间等。由上图可知，main线程的工作内容非常多，而其他线程的工作也比较多。

Profile Panel是Traceview的核心界面。它主要展示了某个线程（先在Timeline Panel中选择线程）中各个函数调用的情况，包括CPU使用时间、调用次数等信息。而这些信息正是查找hotspot的关键依据。所以，对开发者而言，一定要了解Profile Panel中各列的含义，Profile Panel各列作用说明如下：

列名	描述
Name	该线程运行过程中所调用的函数名
Incl Cpu Time	某函数占用的CPU时间，包含内部调用其它函数的CPU时间
Excl Cpu Time	某函数占用的CPU时间，但不含内部调用其它函数所占用的CPU时间
Incl Real Time	某函数运行的真实时间（以毫秒为单位），内含调用其它函数所占用的真实时间
Excl Real Time	某函数运行的真实时间（以毫秒为单位），不含调用其它函数所占用的真实时间
Call+Recur Calls/Total	某函数被调用次数以及递归调用占总调用次数的百分比
Cpu Time/Call	某函数调用CPU时间与调用次数的比。相当于该函数平均执行时间
Real Time/Call	同CPU Time/Call类似，只不过统计单位换成了真实时间

另外，每一个Time列还对应有一个用时间百分比来统计的列（如Incl Cpu Time列对应还有一个列名为Incl Cpu Time %的列，表示以时间百分比来统计的Incl Cpu Time）。

注：

如果你是Eclipse，你可以直接看到DDMS工具中的Start Method Profiling按钮，如果你是Android Studio，你可以先Tools—Android—Android Device Monitor调出Eclipse中常用的DDMS界面。

了解完Traceview的UI后，现在介绍如何利用Traceview来查找hotspot。

如何利用Traceview来查找hotspot

一般而言，hotspot包括两种类型的函数：

一类是调用次数不多，但每次调用却需要花费很长时间的函数，(我们命名为hotspot01）。

一类是那些自身占用时间不长，但调用却非常频繁的函数，(我们命名为hotspot02）。

我们自己在一个Activity中，创建二个这样的hotspot，一个是hotspot01，只执行一次，其工作是一次执行5000次MD5计算，一个是hotspot02，其工作是一次执行50次的MD5计算，总共执行500次。

//hotspot01，其工作是一次执行5000次MD5计算
private Runnable hotspot01 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
Log.i(TAG,"hotspot01--run");
while(flag01){

getMD5Count(5000,"hotspot01--run");

try {
Thread.sleep(2000);
flag01 = false;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

if(!flag01){
handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_01);
Log.i(TAG,"handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_01)");
}
}
}
};

//hotspot02，其工作是一次执行50次的MD5计算，总共执行500次
private Runnable hotspot02 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
Log.i(TAG,"hotspot02--run");

getMD5Count(50,"hotspot02--run");

try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
count = count +1;
hotspot02Count = hotspot02Count -1;
Log.i(TAG,"handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_02)");
handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_02);
}
};

完整的代码如下：

主要实现的功能是在一个Activity中，显示二个TextView,一个Button，当点击Button后，执行二个线程，线程一中是有一个hotspot：hotspot01，其只执行一次，其工作是一次执行5000次MD5耗时计算，线程二中是有一个hotspot：hotspot02，其工作是一次执行50次的MD5计算，总共执行500次。

TextView 1会显示线程一的执行结果，TextView 2会显示线程二的执行结果，

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

private static final String TAG = "MainActivity";

private TextView textView_01;
private TextView textView_02;
private Button button;

private Handler handler;

private boolean flag01 =true;
private int count = 0;
private int hotspot02Count = 500;

private static final int message_hotspot_01 = 1;
private static final int message_hotspot_02 = 2;

private Runnable hotspot01 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
Log.i(TAG,"hotspot01--run");
while(flag01){

getMD5Count(5000,"hotspot01--run");

try {
Thread.sleep(2000);
flag01 = false;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

if(!flag01){
handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_01);
Log.i(TAG,"handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_01)");
}
}
}
};
private Runnable hotspot02 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
Log.i(TAG,"hotspot02--run");

getMD5Count(50,"hotspot02--run");

try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
count = count +1;
hotspot02Count = hotspot02Count -1;
Log.i(TAG,"handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_02)");
handler.sendEmptyMessage(message_hotspot_02);
}
};

private class MyHandler extends Handler {

@Override
public void handleMessage(Message msg) {

if(msg.what == message_hotspot_01){
Log.i(TAG,"MyHandler--handleMessage---message_hotspot_01");
textView_01.setText("ruunable 01 thread end");
}else if(msg.what == message_hotspot_02){
Log.i(TAG,"MyHandler--handleMessage---message_hotspot_02");
textView_02.setText("ruunable 02 run count:"+count);
if(hotspot02Count <500){
new Thread(hotspot02).start();
}
}
}
}

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);

init();
}

private void init() {
handler = new MyHandler();
textView_01 = (TextView) findViewById(R.id.textView_01);
textView_02 = (TextView) findViewById(R.id.textView_02);
button = (Button) findViewById(R.id.button);
button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
Log.i(TAG,"onClick");
new Thread(hotspot01).start();
new Thread(hotspot02).start();
}
});
}

@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();

}

public static String getMD5(String str) {
String result="";
try {
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
md.update(str.getBytes());
result = new BigInteger(1, md.digest()).toString(16);
} catch (Exception e) {
//throw new SpeedException("MD5加密出现错误");
e.printStackTrace();
}
return result;
}

public static String getMD5Count(int count,String str) {
String result ="";
for (int i=0;i<count;i++){
result = getMD5(str);
}
return result;
}
}

我们在开始点击Button前，点击Start Method Profiling按钮开始收集线程信息，当TextView 1显示线程一执行完后，我们再点击Start Method Profiling按钮，停止收集线程信息，跳转到TraceView界面：

首先，我们来查找hotspot 1。

在Profile Panel中，选择按Cpu Time/Call进行降序排序（从上之下排列，每项的耗费时间由高到低），得到下图所示的结果：



我们可以明确的看到android.com.test.MainActivity$1.run()方法，hotspot Cpu Time/Call为754.527，执行次数为1+0，Incl Cpu Time为23.4%，点击此方法名，我们可以看到，android.com.test.MainActivity.getMD5Count方法占用了99.9%的Cpu资源，非常明确，此方法就是一个hotspot1.

相对来说，类型1的hotspot比较好找，步骤是先按降序对时间项进行排列（可以是时间百分比、真实时间或CPU时间），然后查找耗费时间最多的函数。

一般而言，先应对应用程序自己实现的函数进行排查，Framework的函数也有可能是hotspot，但主因一般还是在应用本身。

其实，我们中要再向下拉一点，我们就可以看到android.com.test.MainActivity$2.run()方法，我们会发现其Cpu Time/Call为6.209，其调用的次数为177+0次，占用的Incl Cpu Time为34.%，是不是有点偏高啊。



现在，我们来看如何查找类型2的hotspot。

点击Call/Recur Calls/Total列头，使之按降序排列。关注点放在那些调用频繁并且占用资源较多的函数。下图为降序排列的结果图：



我们可以看到android.com.test.MainActivity$2.run方法，调用了177次，Cpu Time/Call为6.209，关键是Incl Cpu Time为34.1%，明显的高于上面的数值，特别是我们看到android.com.test.MainActivity.getMD5Count方法的Call/Recur Calls/Total为174/175，Incl Cpu Time占比达到了96.0%，至此，我们可以确定此方法为类型2的hotspot，需要优化。

上面讲解了如何定位hotspot，Traceview的官方网站如下：

https://developer.android.com/studio/profile/traceview-walkthru.html

有什么不懂的，可以去官网看看，

大家是不是想要一个使用TraceView解决性能问题的例子，http://www.cnblogs.com/sunzn/p/3192231.html，这个网站给了一个如何使用TraceView定位问题，解决问题的例子，你可以去好好看看。

参考资料

1.Android 编程下的 TraceView 简介及其案例实战

http://www.cnblogs.com/sunzn/p/3192231.html

2.Android 性能优化 二 TraceView工具的使用

http://blog.csdn.net/androiddevelop/article/details/8223805

3.Android系统性能调优工具介绍

http://blog.csdn.net/innost/article/details/9008691