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JankMan-極致的卡頓分析系統(tǒng)

 更新時間：2023年05月06日 08:31:08   作者：Dx  
這篇文章主要為大家介紹了JankMan-極致的卡頓分析系統(tǒng)使用詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

1.卡頓分析系統(tǒng)介紹

  • 此系統(tǒng)擁有了端上采集兩個維度數(shù)據(jù)的能力

    • 方法運行數(shù)據(jù)：系統(tǒng)在編譯期間基于ASM9+AGP7+自定義方法ID映射+自定義字節(jié)碼指令集實現(xiàn)了方法運行數(shù)據(jù)的采集。
    • 幀性能數(shù)據(jù)：系統(tǒng)在運行期間基于FrameMatrix+自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)了端上幀數(shù)據(jù)的采集。

當(dāng)APP發(fā)生運行卡頓時，系統(tǒng)可自動分析堆棧，并且關(guān)聯(lián)卡頓幀的方法調(diào)用鏈，并作出記錄最終導(dǎo)出至文件。整體基于協(xié)程制作，性能損耗僅需1%。

基于Compose KMP獨創(chuàng)了多端可用的線下還原器，將采集到的數(shù)據(jù)做格式效驗，并作出二次還原解析，進(jìn)行了perfetto的二次開發(fā)，實現(xiàn)了可視化展示整體信息的能力。

2.思路介紹

2.1方法運行數(shù)據(jù)采集

2.1.1方法ID映射

由于系統(tǒng)會在運行期間會采集大量數(shù)據(jù)，所以需要將龐大的方法名映射為指定ID的能力，如下

//方法ID`方法具體全路徑和行參
24`com.d.hookplus.HookApplication$onCreate$1.onActivitySaveInstanceState[android.app.Activity,android.os.Bundle,]

此處的方法名包含了全路徑和行參，如果通過字符串記錄是十分龐大的，所以在編譯期間使用ASM技術(shù)將其對應(yīng)成ID，降低空間復(fù)雜度

2.2.2函數(shù)記錄能力

在ASM輪訓(xùn)期間，在方法開始和結(jié)束位置各插入對應(yīng)的指令用于實現(xiàn)標(biāo)記功能

override fun onMethodEnter() {
    //方法進(jìn)入
    methodVisitor?.perfettoVisitMethodDelegate(PerfettoCentre.const.METHOD_ENTER, methodId)
    super.onMethodEnter()
}
?
override fun onMethodExit(opcode: Int) {
    //方法退出
    methodVisitor?.perfettoVisitMethodDelegate(PerfettoCentre.const.METHOD_EXIT, methodId)
    super.onMethodExit(opcode)
}

處理退出指令時，catch和return指令也有對應(yīng)的記錄

在對應(yīng)的時機插入對應(yīng)的代碼

this.let { methodVisitor ->
        methodVisitor.visitFieldInsn(
            GETSTATIC,
            "com/d/hookcore/perfetto/PerfettoCore",
            "Companion",
            "Lcom/d/hookcore/perfetto/PerfettoCore$Companion;"
        )
        methodVisitor.visitIntInsn(BIPUSH, enterOrExit)
        methodVisitor.visitIntInsn(SIPUSH, methodId)
        methodVisitor.visitMethodInsn(
            INVOKEVIRTUAL,
            "com/d/hookcore/perfetto/PerfettoCore$Companion",
            "getTraceLine",
            "(II)V",
            false
        )
    }

例：
private fun initRecycler() {
    //方法開始，第一個參數(shù)用于標(biāo)記進(jìn)入或者退出，第二個參數(shù)用于標(biāo)記映射的方法ID
    PerfettoCore.getTraceLine(0,12)
    var recyclerView: RecyclerView = findViewById(R.id.rec)
    recyclerView.adapter = NodeAdapter(messageList)
    PerfettoCore.getTraceLine(1,12)
}
  • 插入完代碼的例子如下：

2.2.3.運行方法記錄內(nèi)容

方法記錄后的結(jié)果如下

如：main-1,942155.120954153,1,39,1

說明例
當(dāng)前線程Main
當(dāng)前線程ID1
當(dāng)前時間秒值942155.120954153
當(dāng)前方法標(biāo)記(進(jìn)入或退出)1
當(dāng)前方法ID39
當(dāng)前幀位下標(biāo)1

2.2幀數(shù)據(jù)采集

2.2.1于傳統(tǒng)方式的區(qū)別

區(qū)別于Choreographer Hook的方式，系統(tǒng)采用了FrameMatrix實現(xiàn)了幀數(shù)據(jù)采集

Choreographer的Hook點是在Looper.loop之中的Printer.println下，

final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
 //Hook點
 logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +msg.callback + ": " + msg.what);
}

缺點如下：

每次都需要字符串匹配，性能損耗嚴(yán)重

在API31之中被封掉了

2.2.2FrameMatrix的能力

FrameMatrix通過addOnFrameMetricsAvailableListener實現(xiàn)了幀數(shù)據(jù)獲取的能力

window.addOnFrameMetricsAvailableListener({ window, frameMetrics, dropCountSinceLastInvocation ->
//do something
}, frameMetricsHandler)

如果不對window進(jìn)行addOnFrameMetricsAvailableListener，數(shù)據(jù)也會保留在平臺層，所以沒有性能損耗

FrameMatrix是Android平臺層提供的幀數(shù)據(jù)采集，包含如下信息

類別參數(shù)說明
獲取每幀性能數(shù)據(jù)FIRST_DRAW_FRAME表示當(dāng)前幀是否是當(dāng)前 Window 布局中繪制的第一幀
INTENDED_VSYNC_TIMESTAMP當(dāng)前幀的預(yù)期開始時間, 如果此值與 VSYNC_TIMESTAMP 不同，則表示 UI 線程上發(fā)生了阻塞，阻止了 UI 線程及時響應(yīng)vsync信號
TOTAL_DURATION表示此幀渲染并發(fā)布給顯示子系統(tǒng)所花費的總時間, 等于所有其他具有時間價值的指標(biāo)的值之和
VSYNC_TIMESTAMP在所有 vsync 監(jiān)聽器和幀繪制中使用的時間值(Choreographer 的幀回調(diào), 動畫, View＃getDrawingTime等)
cpuDurationCOMMAND_ISSUE_DURATION表示向 GPU 發(fā)出繪制命令的耗時
SWAP_BUFFERS_DURATION表示將此幀的幀緩沖區(qū)發(fā)送給顯示子系統(tǒng)所花的時間
uiDurationUNKNOWN_DELAY_DURATION表示等待 UI 線程響應(yīng)并處理幀所經(jīng)過的時間, 大多數(shù)情況下應(yīng)為0
INPUT_HANDLING_DURATION表示處理輸入事件回調(diào)的耗時
ANIMATION_DURATION表示執(zhí)行動畫回調(diào)的耗時
LAYOUT_MEASURE_DURATION表示對 View 樹進(jìn)行 measure 和 layout 所花的時間
DRAW_DURATION表示將 View 樹轉(zhuǎn)換為 DisplayList 的耗時
SYNC_DURATION表示將 DisplayList 與渲染線程同步所花的時間

2.3.同步算法

同步算法是將方法運行數(shù)據(jù)和幀性能數(shù)據(jù)自動分析，裁剪，合并出問題堆棧，并保存到指定位置的過程

在開發(fā)者自定義連續(xù)卡頓多少幀后進(jìn)行Dump

如果每卡頓一幀就Dump，信息量太密集，并且意義不大，建議開發(fā)者連續(xù)卡頓5幀起步

2.3.1.同步算法細(xì)節(jié)

整個同步的過程是在單獨的一個HandlerThread中進(jìn)行的，所以面臨了兩個難題：

由于HandlerThread接受幀數(shù)據(jù)的時機是不確定的，即可能方法數(shù)據(jù)已經(jīng)收集到很多幀以后了，但是幀數(shù)據(jù)才剛剛到來。如何精準(zhǔn)定位到卡頓范圍內(nèi)的全部函數(shù)

如何盡可能減小性能損耗，降低時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度

所以我們整個同步的過程是圍繞著這兩個問題進(jìn)行設(shè)計的

2.3.2.算法合并過程

如果卡頓幀連續(xù)個數(shù)到達(dá)了開發(fā)者定義的個數(shù)，那么開始還原

將首個卡頓幀的開始時間和連續(xù)卡頓幀后的第一個不卡頓幀的開始時間作為時間范圍，與函數(shù)運行數(shù)據(jù)的時間點進(jìn)行校準(zhǔn)。匹配到函數(shù)運行的范圍區(qū)域，并通過兩個指針進(jìn)行標(biāo)記

具體匹配的過程是通過魔改版的二分查找實現(xiàn)

將標(biāo)記出的函數(shù)運行范圍進(jìn)行導(dǎo)出

導(dǎo)出的能力是基于NIO實現(xiàn)的

導(dǎo)出完畢后將函數(shù)指針位移到開始位置，重復(fù)利用空間

上述過程均在子線程進(jìn)行，對主線程無影響，現(xiàn)階段損耗為3%左右

2.4.可視化展示

  • 將Dump出的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次改造，支持可視化展示

2.4.1.線下還原器

  • 基于perfetto的構(gòu)造格式進(jìn)行二次改造，用于支持可視化展示

2.4.2.支持多端的線下還原器

基于Compose KMP實現(xiàn)了多端的可視化還原器，效果如下：

參數(shù)說明如下：

  • MappingFile：函數(shù)ID映射文件
  • SourceFile：后綴為.zy_trace的文件，是系統(tǒng)自動采集的格式
  • OutputPath：輸出為perfetto識別格式的文件目錄

還原格式細(xì)節(jié)

如下：

com.d.hookplus|11116
main-1,942155.105176549,0,29,0
main-1,942155.105229674,1,29,0
main-1,942155.105313008,0,29,0
main-1,942155.105322383,1,29,0
main-1,942155.105492174,0,29,0
main-1,942155.105503112,1,29,0
main-1,942155.105524466,0,30,0
.......
# tracer: nop
#
# entries-in-buffer/entries-written: 30624/30624   #P:4
#
#                                  _-----=> irqs-off
#                                 / _----=> need-resched
#                                | / _---=> hardirq/softirq
#                                || / _--=> preempt-depth
#                                ||| /     delay
#       TASK-PID    TGID   CPU#  ||||    TIMESTAMP  FUNCTION
#          | |        |      |   ||||       |         |
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105177: tracing_mark_write: B|11116|0com.d.hookplus.NodeAdapter.getItemCount.[]
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105230: tracing_mark_write: E|11116|0com.d.hookplus.NodeAdapter.getItemCount.[]
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105313: tracing_mark_write: B|11116|0com.d.hookplus.NodeAdapter.getItemCount.[]
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105322: tracing_mark_write: E|11116|0com.d.hookplus.NodeAdapter.getItemCount.[]
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105492: tracing_mark_write: B|11116|0com.d.hookplus.NodeAdapter.getItemCount.[]
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105503: tracing_mark_write: E|11116|0com.d.hookplus.NodeAdapter.getItemCount.[]
com.d.hookplus-main-1 [000]... 942155.105524: tracing_mark_write: 
.....
  • 改造前：
  • 改造后：

2.4.3.可視化展示

  • 最終將還原器輸出的文件直接導(dǎo)入至perfetto系統(tǒng)中，效果如下

以上就是JankMan-極致的卡頓分析系統(tǒng)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于JankMan卡頓分析系統(tǒng)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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