深度剖析：Android BlockCanary 数据流向与传递协议全揭秘(24)

Android小码蜂
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深度剖析：Android BlockCanary 数据流向与传递协议全揭秘

一、引言

在 Android 应用开发的领域中，卡顿问题一直是影响用户体验的关键因素之一。一个流畅的应用能够让用户沉浸其中，而卡顿则会让用户感到烦躁甚至放弃使用该应用。为了更好地检测和解决卡顿问题，开发者们引入了各种工具，其中 Android BlockCanary 便是一款备受欢迎的卡顿检测工具。

Android BlockCanary 是一个开源的 Android 性能监控库，它可以帮助开发者快速定位应用中的卡顿问题。通过分析其数据流向和传递协议，我们能够深入了解其工作原理，从而更好地利用它来优化应用性能。本文将从源码级别深入分析 Android BlockCanary 的数据流向与传递协议，带您一步步揭开其神秘面纱。

二、BlockCanary 概述

2.1 BlockCanary 简介

BlockCanary 是一个轻量级的 Android 卡顿检测库，它的设计灵感来源于 LeakCanary。其核心功能是监控主线程的卡顿情况，并将卡顿信息以日志的形式输出，方便开发者进行分析和定位。

2.2 主要功能

  • 卡顿检测：实时监控主线程的卡顿情况，当主线程执行时间超过设定的阈值时，判定为卡顿。
  • 日志记录：将卡顿信息（如卡顿时间、堆栈信息等）记录到本地日志文件中，方便后续分析。
  • 通知提醒：在发生卡顿时，通过通知栏提醒开发者，方便及时发现问题。

2.3 工作原理概述

BlockCanary 的工作原理基于 Android 的消息机制。在 Android 中，主线程的任务是通过消息队列来处理的。BlockCanary 通过监控消息队列的处理时间，当发现某个消息的处理时间超过设定的阈值时，就认为发生了卡顿。

三、BlockCanary 初始化流程

3.1 入口函数

在使用 BlockCanary 时，通常会在 Application 的 onCreate 方法中进行初始化。以下是初始化的代码示例：

public class MyApplication extends Application {
    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        // 初始化 BlockCanary
        BlockCanary.install(this, new AppBlockCanaryContext()).start();
    }
}

在上述代码中，BlockCanary.install 方法用于安装 BlockCanary，AppBlockCanaryContext 是一个自定义的上下文类，用于配置 BlockCanary 的参数。start 方法用于启动 BlockCanary 的监控功能。

3.2 install 方法分析

以下是 BlockCanary.install 方法的源码：

/**
 * 安装 BlockCanary
 * @param context 应用上下文
 * @param blockCanaryContext 自定义的上下文类
 * @return BlockCanary 实例
 */
public static BlockCanary install(Context context, BlockCanaryContext blockCanaryContext) {
    // 设置自定义的上下文类
    BlockCanaryContext.init(context, blockCanaryContext);
    // 创建 BlockCanary 实例
    sInstance = new BlockCanary();
    return sInstance;
}

在 install 方法中，首先调用 BlockCanaryContext.init 方法来初始化自定义的上下文类，然后创建一个 BlockCanary 实例并返回。

3.3 BlockCanaryContext.init 方法分析

以下是 BlockCanaryContext.init 方法的源码：

/**
 * 初始化自定义的上下文类
 * @param context 应用上下文
 * @param blockCanaryContext 自定义的上下文类
 */
public static void init(Context context, BlockCanaryContext blockCanaryContext) {
    // 保存应用上下文
    sContext = context;
    // 保存自定义的上下文类
    sBlockCanaryContext = blockCanaryContext;
}

在 BlockCanaryContext.init 方法中，将应用上下文和自定义的上下文类保存到静态变量中，以便后续使用。

3.4 start 方法分析

以下是 BlockCanary.start 方法的源码：

/**
 * 启动 BlockCanary 的监控功能
 */
public void start() {
    if (!mMonitorStarted) {
        // 设置监控状态为已启动
        mMonitorStarted = true;
        // 启动消息监控器
        Looper.getMainLooper().setMessageLogging(mBlockCanaryCore.mBlockMonitor);
    }
}

在 start 方法中，首先检查监控状态是否已经启动，如果没有启动，则将监控状态设置为已启动，并调用 Looper.getMainLooper().setMessageLogging 方法来启动消息监控器。

四、消息监控机制

4.1 Looper 与消息队列

在 Android 中，主线程的任务是通过消息队列来处理的。Looper 是消息队列的管理者，它负责从消息队列中取出消息并分发给对应的 Handler 进行处理。

4.2 BlockMonitor 类

BlockMonitor 是 BlockCanary 中用于监控消息处理时间的核心类。以下是 BlockMonitor 类的部分源码：

public class BlockMonitor implements Printer {
    // 消息处理开始时间
    private long mStartTimestamp;
    // 消息处理开始时的 CPU 时间
    private long mStartCpuTime;
    // 卡顿阈值
    private long mBlockThresholdMillis;
    // 卡顿监听器
    private List<OnBlockListener> mOnBlockListeners;

    public BlockMonitor(long blockThresholdMillis) {
        // 初始化卡顿阈值
        this.mBlockThresholdMillis = blockThresholdMillis;
        // 初始化卡顿监听器列表
        this.mOnBlockListeners = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void println(String x) {
        if (!mPrintingStarted) {
            // 消息处理开始
            mPrintingStarted = true;
            // 记录消息处理开始时间
            mStartTimestamp = System.currentTimeMillis();
            // 记录消息处理开始时的 CPU 时间
            mStartCpuTime = cpuTimeNanos();
            // 启动卡顿检测任务
            HandlerThreadFactory.getWriteLogThreadHandler().postDelayed(mBlockCheckTask, mBlockThresholdMillis);
        } else {
            // 消息处理结束
            mPrintingStarted = false;
            // 移除卡顿检测任务
            HandlerThreadFactory.getWriteLogThreadHandler().removeCallbacks(mBlockCheckTask);
            // 计算消息处理时间
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            long timeCost = endTime - mStartTimestamp;
            if (timeCost > mBlockThresholdMillis) {
                // 发生卡顿，通知监听器
                notifyBlockEvent(timeCost, mStartTimestamp, mStartCpuTime, cpuTimeNanos());
            }
        }
    }

    /**
     * 通知卡顿事件
     * @param realTimeStart 消息处理开始时间
     * @param realTimeEnd 消息处理结束时间
     * @param cpuTimeStart 消息处理开始时的 CPU 时间
     * @param cpuTimeEnd 消息处理结束时的 CPU 时间
     */
    private void notifyBlockEvent(long realTimeStart, long realTimeEnd, long cpuTimeStart, long cpuTimeEnd) {
        // 遍历卡顿监听器列表
        for (OnBlockListener listener : mOnBlockListeners) {
            // 调用监听器的 onBlock 方法
            listener.onBlock(new BlockInfo(realTimeStart, realTimeEnd, cpuTimeStart, cpuTimeEnd));
        }
    }

    /**
     * 获取当前 CPU 时间
     * @return 当前 CPU 时间（纳秒）
     */
    private long cpuTimeNanos() {
        return android.os.Process.getThreadCpuTimeNanos();
    }
}

在 BlockMonitor 类中，实现了 Printer 接口，并重写了 println 方法。当消息处理开始时，记录开始时间和 CPU 时间，并启动一个延迟任务来检测是否发生卡顿。当消息处理结束时，移除延迟任务，并计算消息处理时间。如果处理时间超过卡顿阈值，则认为发生了卡顿，通知所有的卡顿监听器。

4.3 Looper.setMessageLogging 方法

Looper.setMessageLogging 方法用于设置消息日志打印机。当 Looper 处理消息时，会调用打印机的 println 方法。以下是 Looper.setMessageLogging 方法的源码：

/**
 * 设置消息日志打印机
 * @param printer 消息日志打印机
 */
public void setMessageLogging(@Nullable Printer printer) {
    mLogging = printer;
}

在 BlockCanary 的 start 方法中，将 BlockMonitor 实例设置为消息日志打印机，这样当主线程处理消息时，BlockMonitor 的 println 方法就会被调用。

五、卡顿信息收集

5.1 BlockInfo 类

BlockInfo 类用于封装卡顿信息，包括卡顿时间、堆栈信息等。以下是 BlockInfo 类的部分源码：

public class BlockInfo {
    // 消息处理开始时间
    private long realTimeStart;
    // 消息处理结束时间
    private long realTimeEnd;
    // 消息处理开始时的 CPU 时间
    private long cpuTimeStart;
    // 消息处理结束时的 CPU 时间
    private long cpuTimeEnd;
    // 堆栈信息
    private String stackTrace;

    public BlockInfo(long realTimeStart, long realTimeEnd, long cpuTimeStart, long cpuTimeEnd) {
        // 初始化消息处理开始时间
        this.realTimeStart = realTimeStart;
        // 初始化消息处理结束时间
        this.realTimeEnd = realTimeEnd;
        // 初始化消息处理开始时的 CPU 时间
        this.cpuTimeStart = cpuTimeStart;
        // 初始化消息处理结束时的 CPU 时间
        this.cpuTimeEnd = cpuTimeEnd;
        // 获取当前线程的堆栈信息
        this.stackTrace = getCurrentStackTrace();
    }

    /**
     * 获取当前线程的堆栈信息
     * @return 当前线程的堆栈信息
     */
    private String getCurrentStackTrace() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        // 获取当前线程的堆栈跟踪元素数组
        StackTraceElement[] stackTraceElements = Thread.currentThread().getStackTrace();
        for (StackTraceElement element : stackTraceElements) {
            // 将堆栈跟踪元素添加到字符串构建器中
            stringBuilder.append(element.toString()).append("\n");
        }
        return stringBuilder.toString();
    }

    // 省略 getter 和 setter 方法
}

在 BlockInfo 类中，保存了消息处理的开始时间、结束时间、CPU 时间和堆栈信息。getCurrentStackTrace 方法用于获取当前线程的堆栈信息。

5.2 卡顿信息收集流程

当 BlockMonitor 检测到卡顿时，会创建一个 BlockInfo 实例，并将其传递给所有的卡顿监听器。以下是 BlockMonitor 中通知卡顿事件的代码：

/**
 * 通知卡顿事件
 * @param realTimeStart 消息处理开始时间
 * @param realTimeEnd 消息处理结束时间
 * @param cpuTimeStart 消息处理开始时的 CPU 时间
 * @param cpuTimeEnd 消息处理结束时的 CPU 时间
 */
private void notifyBlockEvent(long realTimeStart, long realTimeEnd, long cpuTimeStart, long cpuTimeEnd) {
    // 创建 BlockInfo 实例
    BlockInfo blockInfo = new BlockInfo(realTimeStart, realTimeEnd, cpuTimeStart, cpuTimeEnd);
    // 遍历卡顿监听器列表
    for (OnBlockListener listener : mOnBlockListeners) {
        // 调用监听器的 onBlock 方法
        listener.onBlock(blockInfo);
    }
}

5.3 卡顿监听器

卡顿监听器是实现了 OnBlockListener 接口的类，用于处理卡顿事件。以下是 OnBlockListener 接口的定义：

public interface OnBlockListener {
    /**
     * 处理卡顿事件
     * @param blockInfo 卡顿信息
     */
    void onBlock(BlockInfo blockInfo);
}

在 BlockCanary 中，有多个卡顿监听器，如 LogWriter 用于将卡顿信息记录到本地日志文件中，DisplayService 用于在通知栏显示卡顿信息等。

六、卡顿信息存储

6.1 LogWriter 类

LogWriter 是 BlockCanary 中用于将卡顿信息记录到本地日志文件中的类。以下是 LogWriter 类的部分源码：

public class LogWriter implements OnBlockListener {
    // 日志文件目录
    private File mLogDir;

    public LogWriter(File logDir) {
        // 初始化日志文件目录
        this.mLogDir = logDir;
    }

    @Override
    public void onBlock(BlockInfo blockInfo) {
        // 创建日志文件
        File logFile = new File(mLogDir, System.currentTimeMillis() + ".log");
        try {
            // 创建文件输出流
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(logFile);
            // 创建输出流写入器
            OutputStreamWriter osw = new OutputStreamWriter(fos);
            // 创建缓冲写入器
            BufferedWriter bw = new BufferedWriter(osw);
            // 写入卡顿信息
            bw.write(blockInfo.toString());
            // 关闭缓冲写入器
            bw.close();
            // 关闭输出流写入器
            osw.close();
            // 关闭文件输出流
            fos.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在 LogWriter 类中，实现了 OnBlockListener 接口，并重写了 onBlock 方法。当接收到卡顿信息时，创建一个日志文件，并将卡顿信息写入到文件中。

6.2 日志文件格式

日志文件的格式通常为纯文本格式，包含卡顿的时间、堆栈信息等。以下是一个示例日志文件的内容：

RealTimeStart: 1630482345678
RealTimeEnd: 1630482355678
CpuTimeStart: 123456789
CpuTimeEnd: 123466789
StackTrace:
java.lang.Thread.getStackTrace(Thread.java:1556)
com.example.app.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:20)
android.app.Activity.performCreate(Activity.java:7994)
android.app.Activity.performCreate(Activity.java:7978)
...

6.3 日志文件管理

为了避免日志文件过多占用存储空间，BlockCanary 会对日志文件进行管理。例如，设置日志文件的最大数量，当超过最大数量时，删除最早的日志文件。以下是一个简单的日志文件管理示例：

public class LogManager {
    // 日志文件目录
    private File mLogDir;
    // 日志文件最大数量
    private int mMaxLogCount;

    public LogManager(File logDir, int maxLogCount) {
        // 初始化日志文件目录
        this.mLogDir = logDir;
        // 初始化日志文件最大数量
        this.mMaxLogCount = maxLogCount;
    }

    /**
     * 管理日志文件
     */
    public void manageLogs() {
        // 获取日志文件列表
        File[] logFiles = mLogDir.listFiles();
        if (logFiles != null && logFiles.length > mMaxLogCount) {
            // 按文件最后修改时间排序
            Arrays.sort(logFiles, Comparator.comparingLong(File::lastModified));
            // 删除最早的日志文件
            for (int i = 0; i < logFiles.length - mMaxLogCount; i++) {
                logFiles[i].delete();
            }
        }
    }
}

在 LogManager 类中，manageLogs 方法用于管理日志文件。当日志文件数量超过最大数量时，按文件最后修改时间排序，并删除最早的日志文件。

七、卡顿信息展示

7.1 DisplayService 类

DisplayService 是 BlockCanary 中用于在通知栏显示卡顿信息的类。以下是 DisplayService 类的部分源码：

public class DisplayService extends Service {
    // 通知管理器
    private NotificationManager mNotificationManager;

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        // 获取通知管理器
        mNotificationManager = (NotificationManager) getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);
    }

    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        if (intent != null) {
            // 获取卡顿信息
            BlockInfo blockInfo = (BlockInfo) intent.getSerializableExtra("blockInfo");
            if (blockInfo != null) {
                // 创建通知
                NotificationCompat.Builder builder = new NotificationCompat.Builder(this, "block_channel")
                       .setSmallIcon(R.drawable.ic_launcher_foreground)
                       .setContentTitle("卡顿检测")
                       .setContentText("发生卡顿，时长：" + (blockInfo.getRealTimeEnd() - blockInfo.getRealTimeStart()) + "ms")
                       .setPriority(NotificationCompat.PRIORITY_HIGH);
                // 显示通知
                mNotificationManager.notify(1, builder.build());
            }
        }
        return START_STICKY;
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }
}

在 DisplayService 类中，当接收到卡顿信息时，创建一个通知，并在通知栏显示卡顿信息。

7.2 通知栏显示效果

通知栏显示的卡顿信息通常包括卡顿的时长等。用户可以点击通知栏的通知，跳转到详细的卡顿信息页面，查看堆栈信息等。

7.3 详细信息页面

详细信息页面可以显示卡顿的具体信息，如卡顿时间、堆栈信息等。以下是一个简单的详细信息页面布局示例：

<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:orientation="vertical"
    android:padding="16dp">

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="卡顿时间："
        android:textSize="18sp" />

    <TextView
        android:id="@+id/tv_real_time"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:textSize="16sp" />

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="堆栈信息："
        android:textSize="18sp"
        android:layout_marginTop="16dp" />

    <ScrollView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content">

        <TextView
            android:id="@+id/tv_stack_trace"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:textSize="14sp" />
    </ScrollView>
</LinearLayout>

在详细信息页面中，通过 TextView 显示卡顿时间和堆栈信息。

八、数据流向总结

8.1 数据流向图

graph TD;
    A[主线程消息处理] --> B[BlockMonitor];
    B --> C[BlockInfo];
    C --> D[LogWriter];
    C --> E[DisplayService];
    D --> F[日志文件];
    E --> G[通知栏];

8.2 数据流向分析

  • 主线程消息处理：主线程的任务通过消息队列进行处理，Looper 从消息队列中取出消息并分发给对应的 Handler 进行处理。
  • BlockMonitor：监控消息队列的处理时间，当发现某个消息的处理时间超过设定的阈值时，判定为卡顿，并创建 BlockInfo 实例。
  • BlockInfo：封装卡顿信息，包括卡顿时间、堆栈信息等。
  • LogWriter：将卡顿信息记录到本地日志文件中。
  • DisplayService：在通知栏显示卡顿信息。
  • 日志文件：存储卡顿信息，方便后续分析。
  • 通知栏：实时提醒开发者发生了卡顿。

九、传递协议分析

9.1 卡顿信息传递

卡顿信息通过 BlockInfo 类进行传递。BlockInfo 类是一个可序列化的类，因此可以通过 Intent 等方式在不同组件之间传递。例如，在 DisplayService 中，通过 Intent 获取 BlockInfo 实例，并在通知栏显示卡顿信息。

9.2 日志文件格式协议

日志文件采用纯文本格式，每行记录一个信息，如卡顿时间、堆栈信息等。不同信息之间通过换行符分隔。这种格式简单易读，方便开发者进行分析。

9.3 通知栏显示协议

通知栏显示的卡顿信息包括卡顿的时长等。通知的格式和内容可以根据需求进行定制，例如添加更多的信息，如卡顿发生的位置等。

十、总结与展望

10.1 总结

通过对 Android BlockCanary 数据流向与传递协议的深入分析，我们了解了其工作原理和实现细节。BlockCanary 通过监控主线程的消息队列处理时间，能够及时发现卡顿问题，并将卡顿信息记录到本地日志文件中，同时在通知栏提醒开发者。其数据流向清晰，传递协议简单易读，为开发者提供了一种有效的卡顿检测和分析手段。

10.2 展望

虽然 BlockCanary 已经是一个功能强大的卡顿检测工具，但仍然有一些可以改进的地方。例如：

  • 性能优化：在高并发场景下，BlockCanary 的监控可能会对应用性能产生一定的影响。可以进一步优化其监控机制，减少对应用性能的影响。
  • 多维度分析：目前 BlockCanary 主要关注主线程的卡顿情况，可以考虑增加对其他线程的监控，以及对内存、CPU 等资源的使用情况进行分析，提供更全面的性能分析报告。
  • 实时分析：可以将卡顿信息实时上传到服务器，通过服务器端的分析工具进行实时分析，及时发现应用中的性能问题。
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