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Android性能调优利器StrictMode

开发进阶 AndroidChina 3973浏览 0评论

作为Android开发,日常的开发工作中或多或少要接触到性能问题,比如我的Android程序运行缓慢卡顿,并且常常出现ANR对话框等等问题。既然有性能问题,就需要进行性能优化。正所谓工欲善其事,必先利其器。一个好的工具,可以帮助我们发现并定位问题,进而有的放矢进行解决。本文主要介绍StrictMode 在Android 应用开发中的应用和一些问题。

什么是StrictMode

StrictMode意思为严格模式,是用来检测程序中违例情况的开发者工具。最常用的场景就是检测主线程中本地磁盘和网络读写等耗时的操作。

严在哪里

既然叫做严格模式,那么又严格在哪些地方呢?

在Android中,主线程,也就是UI线程,除了负责处理UI相关的操作外,还可以执行文件读取或者数据库读写操作(从Android 4.0 开始,网络操作禁止在主线程中执行,否则会抛出NetworkOnMainThreadException)。使用严格模式,系统检测出主线程违例的情况会做出相应的反应,如日志打印,弹出对话框亦或者崩溃等。换言之,严格模式会将应用的违例细节暴露给开发者方便优化与改善。

具体能检测什么

严格模式主要检测两大问题,一个是线程策略,即TreadPolicy,另一个是VM策略,即VmPolicy。

ThreadPolicy

线程策略检测的内容有

  • 自定义的耗时调用 使用detectCustomSlowCalls()开启
  • 磁盘读取操作 使用detectDiskReads()开启
  • 磁盘写入操作 使用detectDiskWrites()开启
  • 网络操作 使用detectNetwork()开启

VmPolicy

虚拟机策略检测的内容有

  • Activity泄露 使用detectActivityLeaks()开启
  • 未关闭的Closable对象泄露 使用detectLeakedClosableObjects()开启
  • 泄露的Sqlite对象 使用detectLeakedSqlLiteObjects()开启
  • 检测实例数量 使用setClassInstanceLimit()开启

工作原理

其实StrictMode实现原理也比较简单,以IO操作为例,主要是通过在open,read,write,close时进行监控。libcore.io.BlockGuardOs文件就是监控的地方。以open为例,如下进行监控。


 @Override
 public FileDescriptor open(String path, int flags, int mode) throws ErrnoException {
      BlockGuard.getThreadPolicy().onReadFromDisk();
      if ((mode & O_ACCMODE) != O_RDONLY) {
            BlockGuard.getThreadPolicy().onWriteToDisk();
      }
      return os.open(path, flags, mode);
 }

其中onReadFromDisk()方法的实现,代码位于StrictMode.java中。


public void onReadFromDisk() {
     if ((mPolicyMask & DETECT_DISK_READ) == 0) {
           return;
     }
     if (tooManyViolationsThisLoop()) {
           return;
     }
     BlockGuard.BlockGuardPolicyException e = new StrictModeDiskReadViolation(mPolicyMask);
     e.fillInStackTrace();
     startHandlingViolationException(e);
 }

如何使用

关于StrictMode如何使用,最重要的就是如何启用严格模式。

放在哪里

严格模式的开启可以放在Application或者Activity以及其他组件的onCreate方法。为了更好地分析应用中的问题,建议放在Application的onCreate方法中。

简单启用

以下的代码启用全部的ThreadPolicy和VmPolicy违例检测


if (IS_DEBUG && Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.GINGERBREAD) {
      StrictMode.setThreadPolicy(new StrictMode.ThreadPolicy.Builder().detectAll().penaltyLog().build());
      StrictMode.setVmPolicy(new VmPolicy.Builder().detectAll().penaltyLog().build());
}

严格模式需要在debug模式开启,不要在release版本中启用。

同时,严格模式自API 9 开始引入,某些API方法也从 API 11 引入。使用时应该注意 API 级别。

如有需要,也可以开启部分的严格模式。

查看结果

严格模式有很多种报告违例的形式,但是想要分析具体违例情况,还是需要查看日志,终端下过滤StrictMode就能得到违例的具体stacktrace信息。


adb logcat | grep StrictMode

解决违例

如果是主线程中出现文件读写违例,建议使用工作线程(必要时结合Handler)完成。

如果是对SharedPreferences写入操作,在API 9 以上 建议优先调用apply而非commit。

如果是存在未关闭的Closable对象,根据对应的stacktrace进行关闭。

如果是SQLite对象泄露,根据对应的stacktrace进行释放。

举个例子

以主线程中的文件写入为例,引起违例警告的代码


public void writeToExternalStorage() {
     File externalStorage = Environment.getExternalStorageDirectory();
     File destFile = new File(externalStorage, "dest.txt");
     try {
          OutputStream output = new FileOutputStream(destFile, true);
          output.write("droidyue.com".getBytes());
          output.flush();
          output.close();
     } catch (FileNotFoundException e) {
          e.printStackTrace();
     } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
     }
}

引起的警告为


D/StrictMode( 9730): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$StrictModeDiskReadViolation: policy=31 violation=2
 D/StrictMode( 9730): at android.os.StrictMode$AndroidBlockGuardPolicy.onReadFromDisk(StrictMode.java:1176)
 D/StrictMode( 9730): at libcore.io.BlockGuardOs.open(BlockGuardOs.java:106)
 D/StrictMode( 9730): at libcore.io.IoBridge.open(IoBridge.java:390)
 D/StrictMode( 9730): at java.io.FileOutputStream.(FileOutputStream.java:88)
 D/StrictMode( 9730): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.writeToExternalStorage(MainActivity.java:56)
 D/StrictMode( 9730): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:30)
 D/StrictMode( 9730): at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:4543)

因为上述属于主线程中的IO违例,解决方法就是讲写入操作放入工作线程。


public void writeToExternalStorage() {
     new Thread() {
           @Override
           public void run() {
                super.run();
                File externalStorage = Environment.getExternalStorageDirectory();
                File destFile = new File(externalStorage, "dest.txt");
                try {
                      OutputStream output = new FileOutputStream(destFile, true);
                      output.write("droidyue.com".getBytes());
                      output.flush();
                      output.close();
                } catch (FileNotFoundException e) {
                      e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                      e.printStackTrace();
                }
           }
      }.start();
}

然而这并非完善,因为OutputStream.write方法可能抛出IOException,导致存在OutputStream对象未关闭的情况,仍然需要改进避免出现Closable对象未关闭的违例。改进如下


public void writeToExternalStorage() {
     new Thread() {
          @Override
          public void run() {
               super.run();
               File externalStorage = Environment.getExternalStorageDirectory();
               File destFile = new File(externalStorage, "dest.txt");
               OutputStream output = null;
               try {
                    output = new FileOutputStream(destFile, true);
                    output.write("droidyue.com".getBytes());
                    output.flush();
                    output.close();
               } catch (FileNotFoundException e) {
                    e.printStackTrace();
               } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
               } finally {
                    if (null != output) {
                          try {
                                output.close();
                          } catch (IOException e) {
                                e.printStackTrace();
                          }
                    }
               }
          }
      }.start();
 }

检测内存泄露

通常情况下,检测内存泄露,我们需要使用MAT对heap dump 文件进行分析,这种操作不困难,但也不容易。使用严格模式,只需要过滤日志就能发现内存泄露。

这里以Activity为例说明,首先我们需要开启对检测Activity泄露的违例检测。使用上面的detectAll或者detectActivityLeaks()均可。其次写一段能够产生Activity泄露的代码。


public class LeakyActivity extends Activity{

     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
          super.onCreate(savedInstanceState);
          MyApplication.sLeakyActivities.add(this);
     }
}

MyApplication中关于sLeakyActivities的部分实现

public class MyApplication extends Application {
     public static final boolean IS_DEBUG = true;
     public static ArrayList sLeakyActivities = new ArrayList();
}

当我们反复进入LeakyActivity再退出,过滤StrictMode就会得到这样的日志


E/StrictMode( 2622): class com.example.strictmodedemo.LeakyActivity; instances=2; limit=1
 E/StrictMode( 2622): android.os.StrictMode$InstanceCountViolation: class com.example.strictmodedemo.LeakyActivity; instances=2; limit=1
 E/StrictMode( 2622): at android.os.StrictMode.setClassInstanceLimit(StrictMode.java:1)

分析日志,LeakyActivity本应该是只存在一份实例,但现在出现了2个,说明LeakyActivity发生了内存泄露。

严格模式除了可以检测Activity的内存泄露之外,还能自定义检测类的实例泄露。从API 11 开始,系统提供的这个方法可以实现我们的需求。


public StrictMode.VmPolicy.Builder setClassInstanceLimit (Class klass, int instanceLimit)

举个栗子,比如一个浏览器中只允许存在一个SearchBox实例,我们就可以这样设置已检测SearchBox实例的泄露


StrictMode.setVmPolicy(new VmPolicy.Builder().setClassInstanceLimit(SearchBox.class, 1).penaltyLog().build());

noteSlowCall

StrictMode从 API 11开始允许开发者自定义一些耗时调用违例,这种自定义适用于自定义的任务执行类中,比如我们有一个进行任务处理的类,为TaskExecutor。


public class TaskExecutor {
     public void execute(Runnable task) {
          task.run();
     }
}

先需要跟踪每个任务的耗时情况,如果大于500毫秒需要提示给开发者,noteSlowCall就可以实现这个功能,如下修改代码


public class TaskExecutor {

     private static long SLOW_CALL_THRESHOLD = 500;
     public void executeTask(Runnable task) {
          long startTime = SystemClock.uptimeMillis();
          task.run();
          long cost = SystemClock.uptimeMillis() - startTime;
          if (cost > SLOW_CALL_THRESHOLD) {
                StrictMode.noteSlowCall("slowCall cost=" + cost);
          }
     }
}

执行一个耗时2000毫秒的任务


TaskExecutor executor = new TaskExecutor();
executor.executeTask(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
            try {
                  Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
            }
     }
});

得到的违例日志,注意其中~duration=20 ms并非耗时任务的执行时间,而我们的自定义信息msg=slowCall cost=2000才包含了真正的耗时。


D/StrictMode(23890): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$StrictModeCustomViolation: policy=31 violation=8 msg=slowCall cost=2000
 D/StrictMode(23890): at android.os.StrictMode$AndroidBlockGuardPolicy.onCustomSlowCall(StrictMode.java:1163)
 D/StrictMode(23890): at android.os.StrictMode.noteSlowCall(StrictMode.java:1974)
 D/StrictMode(23890): at com.example.strictmodedemo.TaskExecutor.executeTask(TaskExecutor.java:17)
 D/StrictMode(23890): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:36)
 D/StrictMode(23890): at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:4543)
 D/StrictMode(23890): at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1071)
 D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2158)
 D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2237)
 D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.access$600(ActivityThread.java:139)
 D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1262)
 D/StrictMode(23890): at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:99)
 D/StrictMode(23890): at android.os.Looper.loop(Looper.java:156)
 D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:5005)
 D/StrictMode(23890): at java.lang.reflect.Method.invokeNative(Native Method)
 D/StrictMode(23890): at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:511)
 D/StrictMode(23890): at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:784)
 D/StrictMode(23890): at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:551)
 D/StrictMode(23890): at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)

其他技巧

除了通过日志查看之外,我们也可以在开发者选项中开启严格模式,开启之后,如果主线程中有执行时间长的操作,屏幕则会闪烁,这是一个更加直接的方法。

问题来了

日志的时间靠谱么

在下面的过滤日志中,我们看到下面的一个IO操作要消耗31毫秒,这是真的么


D/StrictMode( 2921): StrictMode policy violation; ~duration=31 ms: android.os.StrictMode$StrictModeDiskReadViolation: policy=31 violation=2
 D/StrictMode( 2921): at android.os.StrictMode$AndroidBlockGuardPolicy.onReadFromDisk(StrictMode.java:1176)
 D/StrictMode( 2921): at libcore.io.BlockGuardOs.read(BlockGuardOs.java:148)
 D/StrictMode( 2921): at libcore.io.IoBridge.read(IoBridge.java:422)
 D/StrictMode( 2921): at java.io.FileInputStream.read(FileInputStream.java:179)
 D/StrictMode( 2921): at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:244)
 D/StrictMode( 2921): at java.io.BufferedReader.fillBuf(BufferedReader.java:130)
 D/StrictMode( 2921): at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:354)
 D/StrictMode( 2921): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.testReadContentOfFile(MainActivity.java:65)
 D/StrictMode( 2921): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:28)
 D/StrictMode( 2921): at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:4543)

从上面的stacktrace可以看出testReadContentOfFile方法中包含了文件读取IO操作,至于是否为31毫秒,我们可以利用秒表的原理计算一下,即在方法调用的地方如下记录


long startTime = System.currentTimeMillis();
testReadContentOfFile();
long cost = System.currentTimeMillis() - startTime;
Log.d(LOGTAG, "cost = " + cost);

得到的日志中上述操作耗时9毫秒,非31毫秒。


D/MainActivity(20996): cost = 9

注:通常情况下StrictMode给出的耗时相对实际情况偏高,并不是真正的耗时数据。

注意

在线上环境即Release版本不建议开启严格模式。

严格模式无法监控JNI中的磁盘IO和网络请求。

应用中并非需要解决全部的违例情况,比如有些IO操作必须在主线程中进行。

原文出处:http://droidyue.com/blog/2015/09/26/android-tuning-tool-strictmode

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