Android性能调优利器StrictMode
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。
1 2 3 4 5 6 7 8 | @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); } |
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其中onReadFromDisk()方法的实现，代码位于StrictMode.java中。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | public void onReadFromDisk() { if ((mPolicyMask & DETECT_DISK_READ) == 0) { return; } if (tooManyViolationsThisLoop()) { return; } BlockGuard.BlockGuardPolicyException e = new StrictModeDiskReadViolation(mPolicyMask); e.fillInStackTrace(); startHandlingViolationException(e); } |
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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
1 2 3 4 | 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()); } |
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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。
1 | adb logcat | grep StrictMode |
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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
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | 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(); } } |
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引起的警告为
1 2 3 4 5 6 7 8 | 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.<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) |
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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。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | 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(); } |
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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
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 | 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(); } |
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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。
1 2 3 4 5 6 7 | public class LeakyActivity extends Activity{ @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); MyApplication.sLeakyActivities.add(this); } } |
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MyApplication中关于sLeakyActivities的部分实现
1 2 3 4 5 | public class MyApplication extends Application { public static final boolean IS_DEBUG = true; public static ArrayList<Activity> sLeakyActivities = new ArrayList<Activity>(); } |
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当我们反复进入LeakyActivity再退出，过滤StrictMode就会得到这样的日志
1 2 3 | E/StrictMode( 2622): class com.example.strictmodedemo.LeakyActivity; instances=2; limit=1 E/StrictMode( 2622): android.os.StrictMode$InstanceCountViolation: class com.example.strictmodedemo.LeakyActivity; instances=2; limit=1 E/StrictMode( 2622): at android.os.StrictMode.setClassInstanceLimit(StrictMode.java:1) |
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分析日志，LeakyActivity本应该是只存在一份实例，但现在出现了2个，说明LeakyActivity发生了内存泄露。
严格模式除了可以检测Activity的内存泄露之外，还能自定义检测类的实例泄露。从API 11 开始，系统提供的这个方法可以实现我们的需求。
1 | public StrictMode.VmPolicy.Builder setClassInstanceLimit (Class klass, int instanceLimit) |
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举个栗子，比如一个浏览器中只允许存在一个SearchBox实例，我们就可以这样设置已检测SearchBox实例的泄露
1 | StrictMode.setVmPolicy(new VmPolicy.Builder().setClassInstanceLimit(SearchBox.class, 1).penaltyLog().build()); |
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noteSlowCall
StrictMode从 API 11开始允许开发者自定义一些耗时调用违例，这种自定义适用于自定义的任务执行类中，比如我们有一个进行任务处理的类，为TaskExecutor。
1 2 3 4 5 | public class TaskExecutor { public void execute(Runnable task) { task.run(); } } |
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先需要跟踪每个任务的耗时情况，如果大于500毫秒需要提示给开发者，noteSlowCall就可以实现这个功能，如下修改代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public class TaskExecutor { private static long SLOW_CALL_THRESHOLD = 500; public void executeTask(Runnable task) { long startTime = SystemClock.uptimeMillis(); task.run(); long cost = SystemClock.uptimeMillis() - startTime; if (cost > SLOW_CALL_THRESHOLD) { StrictMode.noteSlowCall("slowCall cost=" + cost); } } } |
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执行一个耗时2000毫秒的任务
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | TaskExecutor executor = new TaskExecutor(); executor.executeTask(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); |
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得到的违例日志，注意其中~duration=20 ms并非耗时任务的执行时间，而我们的自定义信息msg=slowCall cost=2000才包含了真正的耗时。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | D/StrictMode(23890): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$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$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:784) D/StrictMode(23890): at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:551) D/StrictMode(23890): at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method) |
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其他技巧
除了通过日志查看之外，我们也可以在开发者选项中开启严格模式，开启之后，如果主线程中有执行时间长的操作，屏幕则会闪烁，这是一个更加直接的方法。
问题来了
日志的时间靠谱么
在下面的过滤日志中，我们看到下面的一个IO操作要消耗31毫秒，这是真的么
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | D/StrictMode( 2921): StrictMode policy violation; ~duration=31 ms: android.os.StrictMode$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) |
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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
1 2 3 4 | long startTime = System.currentTimeMillis(); testReadContentOfFile(); long cost = System.currentTimeMillis() - startTime; Log.d(LOGTAG, "cost = " + cost); |
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得到的日志中上述操作耗时9毫秒，非31毫秒。
1 | D/MainActivity(20996): cost = 9 |
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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。
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