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。