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Android性能优化-基于Hook机制的FPS检测与统计原理

Index
  1. 1. 1.问题
  2. 2. 2.原理
    1. 2.1. 2.1 Looper.loop等待消息
    2. 2.2. 2.2 Handler.dispatchMessage处理消息
    3. 2.3. 2.3 FrameHandler帧同步消息处理
  3. 3. 3. doFrame与帧率
  4. 4. 4. Hook实现简单描述
  5. 5. 5. 总结

摘要：描述Android基于Hook机制检测并统计应用FPS的一种方法，通过该方法能够量化应用“不流畅”、“卡”等问题描述。

1.问题

　　描述Android基于Hook机制检测并统计应用FPS的一种方法，通过该方法能够量化应用“不流畅”、“卡”等问题描述。

2.原理

　　每个Android应用都存在一个主线程，每个主线程关联了一个Looper对象。Looper中存在一个消息队列，用来处理主线程消息，如果无法及时处理主线程消息，那么可以认为“卡”（UI界面处理一般在主线程中）。
　　每个线程存在一个Choreographer，用来同步显示，通过主线程的Choreographer处理耗时便可以大致计算出当前应用的FPS。

2.1 Looper.loop等待消息

　　当应用启动后，会进入Looper.loop()一直等待消息，当消息到来将通过消息目标Message.target对象处理消息，Message.target类型为Handler。

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public static void loop() {
    final Looper me = myLooper();
    ...
    for (;;) {
        Message msg = queue.next(); // might block
        ...
        msg.target.dispatchMessage(msg);
        ...
    }
}

2.2 Handler.dispatchMessage处理消息

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public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}
/**
 * Subclasses must implement this to receive messages.
 */
public void handleMessage(Message msg) {
}

　　具体处理是在子类中实现，我们需要跟踪的是Choreographer消息处理。

2.3 FrameHandler帧同步消息处理

　　子类android.view.Choreographer$FrameHandler继承Handler用来处理帧同步消息：

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private final class FrameHandler extends Handler {
    public FrameHandler(Looper looper) {
        super(looper);
    }
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        switch (msg.what) {
            case MSG_DO_FRAME:
                doFrame(System.nanoTime(), 0);
                break;
            case MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC:
                doScheduleVsync();
                break;
            case MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK:
                doScheduleCallback(msg.arg1);
                break;
        }
    }
}

　　因此计算出doFrame的耗时就能计算出当前的大致帧率。

3. doFrame与帧率

　　首先直观了解下doFrame耗时与主线程加载数据之间的关系，以今日头条为例：
今日头条耗时1
今日头条耗时2
　　“位置1”：今日头条首先加载欢迎界面做广告，加载数据等原因导致耗时比较长。
　　“位置2”、“位置3”、“位置4”：加载主界面时，仍然有很长的耗时。
　　“位置5”：当主线程数据加载完成，耗时恢复正常。

　　现编写ListView测试，将5000条数据添加到，每次获取数据都直接去数据库查询，结果如下：
ListView帧率测试
　　“位置6”：Activity刚创建完需要显示时数据加载时的帧率，已经达到了2000ms的耗时，测试10000条数据时，耗时为12000ms，此时界面会黑屏一段时间才显示。
　　“位置7”：为加载完后帧率正常情况。
　　“位置8”：当尝试滑动ListView时，由于获取数据时间过长，表现上已经明显卡顿，此时看到耗时已经几百毫秒，如果按帧率计算不到10帧。

4. Hook实现简单描述

　　经过以上分析，我们可以首先hook掉Handler.dispatchMessage函数，然后对Message.target发送目标进行判断，如果为android.view.Choreographer$FrameHandler，那么就可以记录并统计出耗时。

5. 总结

　　这里简单描述了主线程中Looper、Choreographer之间的关系以及卡顿的原因，接下来将描述通过Hook方式检测FPS的具体实现。