Android性能调优利器StrictMode

骑猪看日落 2022-06-05 12:13 187阅读 0赞

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。

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

## 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

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。

## 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

引起的警告为

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。

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

<table style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:baseline; border-collapse:collapse; border-spacing:0px"> 
 <tbody style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:baseline"> 
 <tr style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:baseline"> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:middle"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; border-top:none; border-bottom:none; border-left:none; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:1.45em; font-family:Menlo,Monaco,&quot;Andale Mono&quot;,&quot;lucida console&quot;,&quot;Courier New&quot;,monospace; font-size:13px; vertical-align:baseline; color:rgb(88,110,117); overflow:auto; text-align:right; padding:0.8em!important; border-right:1px solid rgb(235,228,206)!important"><span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">1
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">2
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">3
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">4
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">5
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">6
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">7
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">8
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">9
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">10
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">11
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">12
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">13
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">14
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">15
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">16
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">17
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">18
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">19
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">20
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">21
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">22
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">23
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">24
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">25
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">26
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">27
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">28
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">29
</pre> </td> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:middle; width:749px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding:0px; border:none; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:1.45em; font-family:Menlo,Monaco,&quot;Andale Mono&quot;,&quot;lucida console&quot;,&quot;Courier New&quot;,monospace; font-size:13px; vertical-align:baseline; background:none; color:rgb(88,110,117); overflow:auto"><code style="margin:0px; padding:0.8em; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:1.45em; vertical-align:baseline; overflow-y:hidden; display:block; overflow-x:auto; background:rgb(0,0,0); font-family:Menlo,Monaco,&quot;Andale Mono&quot;,&quot;lucida console&quot;,&quot;Courier New&quot;,monospace!important">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();
}
</code></pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 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。

MyApplication中关于sLeakyActivities的部分实现

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

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。

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

## 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。

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

执行一个耗时2000毫秒的任务

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。

<table style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:baseline; border-collapse:collapse; border-spacing:0px"> 
 <tbody style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:baseline"> 
 <tr style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:baseline"> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:middle"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; border-top:none; border-bottom:none; border-left:none; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:1.45em; font-family:Menlo,Monaco,&quot;Andale Mono&quot;,&quot;lucida console&quot;,&quot;Courier New&quot;,monospace; font-size:13px; vertical-align:baseline; color:rgb(88,110,117); overflow:auto; text-align:right; padding:0.8em!important; border-right:1px solid rgb(235,228,206)!important"><span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">1
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">2
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">3
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">4
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">5
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">6
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">7
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">8
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">9
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">10
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">11
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">12
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">13
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">14
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">15
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">16
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">17
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">18
<span style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; vertical-align:baseline; color:rgb(147,161,161)!important">19
</pre> </td> 
 <td style="margin:0px; padding:0px; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; line-height:inherit; font-family:inherit; font-size:18.4px; vertical-align:middle; width:1276px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding:0px; border:none; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:1.45em; font-family:Menlo,Monaco,&quot;Andale Mono&quot;,&quot;lucida console&quot;,&quot;Courier New&quot;,monospace; font-size:13px; vertical-align:baseline; background:none; color:rgb(88,110,117); overflow:auto"><code style="margin:0px; padding:0.8em; border:0px; font-style:inherit; font-variant:inherit; font-weight:inherit; line-height:1.45em; vertical-align:baseline; overflow-y:hidden; display:block; overflow-x:auto; background:rgb(0,0,0); font-family:Menlo,Monaco,&quot;Andale Mono&quot;,&quot;lucida console&quot;,&quot;Courier New&quot;,monospace!important">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)
</code></pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 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。

![strictmode_developer_tools.png][]

## 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

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

得到的日志中上述操作耗时9毫秒，非31毫秒。

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。

[NetworkOnMainThreadException]: http://droidyue.com/blog/2014/11/08/look-into-android-dot-os-dot-networkonmainthreadexception/
[strictmode_developer_tools.png]: http://7jpolu.com1.z0.glb.clouddn.com/strictmode_developer_tools.png