Android性能分析工具Systrace和TraceView的使用

目錄：

1. Systrace的介紹
2. Systrace跟蹤代碼
3. Systrace運行方式
4. Systrace數據分析
5. Systrace使用示例
6. TraceView的介紹
7. TraceView運行方式
8. TraceView數據分析
9. TraceView使用示例
10. 總結

內容：

1.Systrace的介紹

>Systrace是Android4.1中新增的性能數據採樣和分析工具。它可幫助開發者收集Android關鍵子系統（如Surfaceflinger、WindowManagerService等Framework部分關鍵模塊、服務）的運行信息，從而幫助開發者更直觀的分析系統瓶頸，改進性能。

 Systrace的功能包括跟蹤系統的I/O操作、內核工作隊列、CPU負載以及Android各個子系統的運行狀況等。在Android平臺中，它主要由3部分組成：

 1.內核部分：Systrace利用了Linux Kernel中的ftrace功能。所以，如果要使用Systrace的話，必須開啓kernel中和ftrace相關的模塊。

 2.數據採集部分：Android定義了一個Trace類。應用程序可利用該類把統計信息輸出給ftrace。同時，Android還有一個atrace程序，它可以從ftrace中讀取統計信息然後交給數據分析工具來處理。

 3.數據分析工具：Android提供一個systrace.py（python腳本文件，位於Android SDK目錄/tools/systrace中，其內部將調用atrace程序）用來配置數據採集的方式（如採集數據的標籤、輸出文件名等）和收集 ftrace統計數據並生成一個結果網頁文件供用戶查看。

 從本質上說，Systrace是對Linux Kernel中ftrace的封裝。應用進程需要利用Android提供的Trace類來使用Systrace。

 

2.Systrace跟蹤代碼

(1).應用層代碼添加systrace跟蹤方式:
   Trace.beginSection(“TEST”);
   Trace.endSection();
(2).framework的java層代碼添加systrace跟蹤方式:
  Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, “performTraversals”);
  Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
  也可以使用：
  ATRACE_BEGIN(“TEST”);
  ATRACE_END();
(3).framework的native代碼添加systrace跟蹤方式:   

  ATRACE_INIT();

  ATRACE_CALL();

 

3.Systrace的運行方式

>sdk包下手動運行：

$> cd android-sdk/tools/systrace

$> python systrace.py --set-tags gfx,view,wm

$> adb shell stop

$> adb shell start

$> python systrace.py --disk --time=10 -o mynewtrace.html

 

>用ADT工具在Eclipse裏運行：

 點擊下圖紅圈的啟動按鈕，就會彈出右邊的Android System Trace設置面板。

 

4.Systrace數據分析

>當Systrace運行之後，將記錄系統預定的跟蹤數據，生成一個html文件，如圖：

 

5.Systrace使用示例

>Android流暢程度性能分析：

 (1).將幾臺鏈接Eclipse之後，按照上頁所述，打開Android System Trace設置面板。

 (2).如果要測試介面流暢度，我們一般只關注圖形性能。因此必須選擇Graphics和View（還有其他很多選項，如果是在做音頻處理或者視頻播放的分析測試話，可以選擇其他選項）。

 (3).確認運行之後，滾滑要測試的介面，記錄跟蹤時間，之後我們會得到一個html頁面。

 (4).打開html頁面後，頁面中顯示了系統運行情況的概述圖；欲查看具體數據可以通過WASD快捷鍵來完成，W/S 放大/縮小 A/D 左移/右移。

 (5).在頁面中有一個surfaceFlinger模塊， 此模塊是負責繪製Android應用程序UI的服務，此區域如果出現空檔，一種情況是沒有操作或者滑動到頭，沒東西需要繪製，這種屬於正常；另一種情況就是有問題存在，有其他操作引起時間過長。

 (6).在分析局域，放大後就能看到具體的函數執行情況，點擊後能看到每個部分所使用的時間。比如deliverInputEvent是系統提供的觸摸事件；performTraversals是開始佈局並且繪畫顯示畫面的過程；draw是繪畫的過程；對於一個 listview，如果deliverInputEvent過長，很有可能是在adapter中的getView方法中處理時間過長導致。 所以通過Systrace的數據，可以大體上的發現是否存在性能問題。但如果要知道具體情況，就需要用到另外一個工具。 

 

6.TraceView的介紹

通過Systrace分析數據，可以大體上發現是否存在性能問題。但如果要知道具體情況，就需要用到另外一個工具

>TraceView是android的一個可視化的調試工具。藉助它，你可以具體瞭解你的代碼在運行時的性能表現。它能幫你更好瞭解到代碼運行過程的效率，進而改善代碼，提高你應用的體驗。 同時TraceView是Android平臺特有的數據採集和分析工具，它主要用於分析Android中應用程序的hotspot。讓我們瞭解我們要跟蹤的程序的性能，並且能具體到method

>Traceview的作用：

 (1). 查看跟蹤代碼的執行時間，分析哪些是耗時操作。

 (2). 可以用於跟蹤方法的調用，尤其是Android Framework層的方法調用關係。

 (3). 可以方便的查看線程的執行情況，某個方法執行時間、調用次數、在總體中的佔比等，從而定位性能點。

 

7.TraceView的運行方式

>手動運行：

 在開始調試的地方，如Activity的onCreate函數，

添加Debug.startMethodTracing("tracefilename");

 結束調試的地方，如Activity的onStop函數，

添加Debug.stopMethodTracing();

 之後運行你的app一段時間並退出，會在sd卡根目錄生成tracefilename.trace這個log文件，記錄這段時間內的運行信息。

 將日誌文件pull到PC端，cmd到android sdk tools文件夾內(或綁定sdk tools目錄到系統path內)，運行traceview tracefilename.trace即可打開TraceView分析界面。

>使用DDMS:

    打開devices窗口，選擇某個進程，點擊右上角的start method profilingddms trace，運行app一段時間後，再點擊已變成stop method profiling的該按鈕。eclipse會自動彈出debug的標籤（可通過菜單File->save as保存數據）。界面如下：

注：這種方式不需要修改代碼，所以對於沒有源碼的程序同樣可以進行排查。同時可以方便的進行全局性能排查。

 

8.TraceView的數據分析

>Timeline Panel(時間線面板) ：

Timeline Panel又可細分爲左右兩個Pane：

    (1).左邊Pane顯示的是測試數據中所採集的線程信息。如圖，本次測試數據採集了main線程，兩個Binder線程和其它系統輔助線程（例如GC線程等）的信息。

    (2).右邊Pane所示爲時間線，時間線上是每個線程測試時間段內所涉及的函數調用信息。這些信息包括函數名、函數執行時間等。如圖，main線程對應行的的內容非常豐富，而其他線程在這段時間內幹得工作則要少得多。

    (3).開發者可以在時間線Pane中移動時間線縱軸。縱軸上邊將顯示當前時間點中某線程正在執行的函數信息。

>Profile Panel(分析面板)：

    分析面板主要展示了某個線程（先在Timeline Panel中選擇線程）中各個函數調用的情況，包括CPU使用時間、調用次數等信息。而這些信息正是查找hotspot的關鍵依據。點擊某個方法可以查看在對應線程上的執行時間區域，並會顯示其父方法及子方法。

    Profile Panel各列信息作用說明 如下：

列名	描述
Name	該線程運行過程中所調用的函數名
Incl Cpu Time	某函數佔用的CPU時間，包含內部調用其它函數的CPU時間
Excl Cpu Time	某函數佔用的CPU時間，但不含內部調用其它函數所佔用的CPU時間
Incl Real Time	某函數運行的真實時間（以毫秒爲單位），內含調用其它函數所佔用的真實時間
Excl Real Time	某函數運行的真實時間（以毫秒爲單位），不含調用其它函數所佔用的真實時間
Call+Recur Calls/Total	某函數被調用次數以及遞歸調用佔總調用次數的百分比
Cpu Time/Call	某函數調用CPU時間與調用次數的比。相當於該函數平均執行時間
Real Time/Call	同CPU Time/Call類似，只不過統計單位換成了真實時間

 

9.TraceView使用示例

>通常，查找hotspot包括兩種類型的函數：

 第一類是調用次數不多，但每次調用卻需要花費很長時間的函數。

方法：在Profile Panel中，選擇按Cpu Time/Call進行降序排序（從上之下排列，每項的耗費時間由高到低），如上圖所示。展開函數，我們發現getStringsToShow在 Incl Cpu Time %一列中佔據了63.3%，它是onCreate子函數耗費時間最長的，而且Calls+Recur Calls/Total列顯示其調用次數爲1，即它僅僅被調用一次了。這個函數是應用程序實現的，所以極有可能是一個潛在的Hotspot。

>通常，查找hotspot包括兩種類型的函數：

 第二類是那些自身佔用時間不長，但調用卻非常頻繁的函數。

方法：點擊Call/Recur Calls/Total列頭，使之按降序排列。關注點放在那些調用頻繁並且佔用資源較多的函數。如上 圖所示。紅框處有兩個重載的MyMD5.getHashString函數調用，它們各運行了368次，而且佔用的CPU時間百分比達到了31.8%和53.2%。很顯然，這2處調用就是hotspot，有優化的餘地 。

10.結論

>如今Android系統日趨穩定，存儲容量也越來越大，對源碼質量的要求也不斷降低。但是很多開發工程師在開發的過程中不注重代碼質量，不考慮系統性能和用戶體驗，因此開發出的產品往往性能低下，用戶體驗機差。

>為了很好的驗證產品的性能，目前有很多工具可以用來分析測試Android的性能，比如：dumpsys、Systrace、TraceView、Update Threads（更新線程）、Update Heap（更新堆）、Allocation Tracker（分配跟蹤器）等工具，這裡我們僅僅介紹了其中兩個。