Android性能調優利器StrictMode應用分析

2019-10-22 18:17:12

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供稿：網友

作為Android開發，日常的開發工作中或多或少要接觸到性能問題，比如我的Android程序運行緩慢卡頓，并且常常出現ANR對話框等等問題。既然有性能問題，就需要進行性能優化。正所謂工欲善其事，必先利其器。一個好的工具，可以幫助我們發現并定位問題，進而有的放矢進行解決。本文主要介紹StrictMode 在Android 應用開發中的應用和一些問題。

什么是StrictMode

StrictMode意思為嚴格模式，是用來檢測程序中違例情況的開發者工具。最常用的場景就是檢測主線程中本地磁盤和網絡讀寫等耗時的操作。

嚴在哪里

既然叫做嚴格模式，那么又嚴格在哪些地方呢？

在Android中，主線程，也就是UI線程，除了負責處理UI相關的操作外，還可以執行文件讀取或者數據庫讀寫操作（從Android 4.0 開始，網絡操作禁止在主線程中執行，否則會拋出NetworkOnMainThreadException）。使用嚴格模式，系統檢測出主線程違例的情況會做出相應的反應，如日志打印，彈出對話框亦或者崩潰等。換言之，嚴格模式會將應用的違例細節暴露給開發者方便優化與改善。

具體能檢測什么

嚴格模式主要檢測兩大問題，一個是線程策略，即TreadPolicy，另一個是VM策略，即VmPolicy。

ThreadPolicy

線程策略檢測的內容有

自定義的耗時調用使用detectCustomSlowCalls()開啟
磁盤讀取操作使用detectDiskReads()開啟
磁盤寫入操作使用detectDiskWrites()開啟
網絡操作使用detectNetwork()開啟

VmPolicy

虛擬機策略檢測的內容有

Activity泄露使用detectActivityLeaks()開啟
未關閉的Closable對象泄露使用detectLeakedClosableObjects()開啟
泄露的Sqlite對象使用detectLeakedSqlLiteObjects()開啟
檢測實例數量使用setClassInstanceLimit()開啟

工作原理

其實StrictMode實現原理也比較簡單，以IO操作為例，主要是通過在open，read，write，close時進行監控。libcore.io.BlockGuardOs文件就是監控的地方。以open為例，如下進行監控。

@Overridepublic 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()方法的實現，代碼位于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

關于StrictMode如何使用，最重要的就是如何啟用嚴格模式。

放在哪里

嚴格模式的開啟可以放在Application或者Activity以及其他組件的onCreate方法。為了更好地分析應用中的問題，建議放在Application的onCreate方法中。

簡單啟用

以下的代碼啟用全部的ThreadPolicy和VmPolicy違例檢測

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());}

嚴格模式需要在debug模式開啟，不要在release版本中啟用。

同時，嚴格模式自API 9 開始引入，某些API方法也從 API 11 引入。使用時應該注意 API 級別。

如有需要，也可以開啟部分的嚴格模式。

查看結果

嚴格模式有很多種報告違例的形式，但是想要分析具體違例情況，還是需要查看日志，終端下過濾StrictMode就能得到違例的具體stacktrace信息。

adb logcat | grep StrictMode

解決違例

如果是主線程中出現文件讀寫違例，建議使用工作線程（必要時結合Handler）完成。
如果是對SharedPreferences寫入操作，在API 9 以上建議優先調用apply而非commit。
如果是存在未關閉的Closable對象，根據對應的stacktrace進行關閉。
如果是SQLite對象泄露，根據對應的stacktrace進行釋放。

舉個例子

以主線程中的文件寫入為例，引起違例警告的代碼

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(); }}

引起的警告為

D/StrictMode( 9730): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$StrictModeDiskReadViolation: policy=31 violation=2D/StrictMode( 9730): at android.os.StrictMode$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.<init>(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)

因為上述屬于主線程中的IO違例，解決方法就是講寫入操作放入工作線程。

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();}

然而這并非完善，因為OutputStream.write方法可能拋出IOException，導致存在OutputStream對象未關閉的情況，仍然需要改進避免出現Closable對象未關閉的違例。改進如下

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();}

檢測內存泄露

通常情況下，檢測內存泄露，我們需要使用MAT對heap dump 文件進行分析，這種操作不困難，但也不容易。使用嚴格模式，只需要過濾日志就能發現內存泄露。

這里以Activity為例說明，首先我們需要開啟對檢測Activity泄露的違例檢測。使用上面的detectAll或者detectActivityLeaks()均可。其次寫一段能夠產生Activity泄露的代碼。

public class LeakyActivity extends Activity{ @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); MyApplication.sLeakyActivities.add(this); }}

MyApplication中關于sLeakyActivities的部分實現

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

當我們反復進入LeakyActivity再退出，過濾StrictMode就會得到這樣的日志

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

分析日志，LeakyActivity本應該是只存在一份實例，但現在出現了2個，說明LeakyActivity發生了內存泄露。

嚴格模式除了可以檢測Activity的內存泄露之外，還能自定義檢測類的實例泄露。從API 11 開始，系統提供的這個方法可以實現我們的需求。

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

舉個栗子，比如一個瀏覽器中只允許存在一個SearchBox實例，我們就可以這樣設置已檢測SearchBox實例的泄露

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

noteSlowCall

StrictMode從 API 11開始允許開發者自定義一些耗時調用違例，這種自定義適用于自定義的任務執行類中，比如我們有一個進行任務處理的類，為TaskExecutor。

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

先需要跟蹤每個任務的耗時情況，如果大于500毫秒需要提示給開發者，noteSlowCall就可以實現這個功能，如下修改代碼

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); } }}

執行一個耗時2000毫秒的任務

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

得到的違例日志，注意其中~duration=20 ms并非耗時任務的執行時間，而我們的自定義信息msg=slowCall cost=2000才包含了真正的耗時。

D/StrictMode(23890): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$StrictModeCustomViolation: policy=31 violation=8 msg=slowCall cost=2000D/StrictMode(23890): at android.os.StrictMode$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

除了通過日志查看之外，我們也可以在開發者選項中開啟嚴格模式，開啟之后，如果主線程中有執行時間長的操作，屏幕則會閃爍，這是一個更加直接的方法。

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問題來了

日志的時間靠譜么

在下面的過濾日志中，我們看到下面的一個IO操作要消耗31毫秒，這是真的么

D/StrictMode( 2921): StrictMode policy violation; ~duration=31 ms: android.os.StrictMode$StrictModeDiskReadViolation: policy=31 violation=2D/StrictMode( 2921): at android.os.StrictMode$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)

從上面的stacktrace可以看出testReadContentOfFile方法中包含了文件讀取IO操作，至于是否為31毫秒，我們可以利用秒表的原理計算一下，即在方法調用的地方如下記錄

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時9毫秒，非31毫秒。