Android重量级开发之提高android启动速度研究

 大家都知道启动速度慢是智能操作系统的一个通病，Android也不例外，启动速度大概在1分钟左右，虽然日本有一个叫quick boot的一秒启动android的产品，但是毕竟是旁门左道。所以从常规来提高android的启动速度成了大家研究的重点，也是难点。下面将初步研究的一下经验跟大家分享一下。

首先看一下android系统的启动流程：

bootloader 
          引导程序

kernel 
         内核

init 
          init初始化（这个大家都比较熟悉了，不要多说）

• loads several daemons and services, including zygote
• see /init.rc and init.<platform>.rc

zygote 

这个是占用时间最多的，重点修理对象

• preloads classes 
  装载了一千多个类，妈呀！！！
• starts package manager 扫描package(下面详细介绍)

service manager

• start services （启动多个服务）

从实际的测试数据来看，有两个地方时最耗时间的，一个是zygote的装载一千多个类和初始化堆栈的过程，用了20秒左右。另一个是扫描

/system/app,
    /system/framework,
    /data/app,
    /data/app-private.

这几个目录下面的package用了大概10秒，所以我们重点能够修理的就是这两个老大的。

一、首先是调试工具的使用，可以测试哪些类和那些过程占用了多少时间，

主要工具为

stopwatch

Message loggers

• grabserial 
  参考http://elinux.org/Grabserial
  
• printk times 参考http://elinux.org/Printk_Times
• logcat 
  Android自带

bootchart 参考http://elinux.org/Bootchart 和

         http://elinux.org/Bootchart

strace

    AOSP的一部分（Eclair及以上版本）

使用例子

在init.rc中为了调试zygote

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server改为
service zygote /system/xbin/strace -tt -o/data/boot.strace /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server 

method tracer*

ftrace*

详细使用可看提供的文档和网页介绍

上面的工具如果不用详细的分析不一定都用到，也可以使用logcat就可以,在代码中加一点计算时间和一些类的调试信息也可以达到很好效果。

二、zygote 装载1千多个类

首先，我们可以添加一点调试信息，以获得具体转载情况。

diff --git a/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java b/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
index 404c513..f2b573c 100644
--- a/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
+++ b/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
@@ -259,6 +259,8 @@ public class ZygoteInit {
         } else {
             Log.i(TAG, "Preloading classes...");
             long startTime = SystemClock.uptimeMillis();
+            long lastTime = SystemClock.uptimeMillis();
+            long nextTime = SystemClock.uptimeMillis();

             // Drop root perms while running static initializers.
             setEffectiveGroup(UNPRIVILEGED_GID);
@@ -292,12 +294,24 @@ public class ZygoteInit {
                         if (Config.LOGV) {
                             Log.v(TAG, "Preloading " + line + "...");
                         }
+                        //if (count%5==0) {
+                        //    Log.v(TAG, "Preloading " + line + "...");
+                        //}
+                        Log.v(TAG, "Preloading " + line + "...");
                         Class.forName(line);
+              nextTime = SystemClock.uptimeMillis();
+   if (nextTime-lastTime >50) {
+       Log.i(TAG, "Preloading " + line + "... took " + (nextTime-lastTime) + "ms.");
+   }
+   lastTime = nextTime;
+   
                         if (Debug.getGlobalAllocSize() > PRELOAD_GC_THRESHOLD) {
                             if (Config.LOGV) {
                                 Log.v(TAG,
                                     " GC at " + Debug.getGlobalAllocSize());
                             }
+                            Log.i(TAG,
+                               " GC at " + Debug.getGlobalAllocSize());
                             runtime.gcSoftReferences();
                             runtime.runFinalizationSync();
                             Debug.resetGlobalAllocSize();

上面+代表添加的代码，这样就可以很容易的得到在装载类的过程中具体装载了哪些类，耗费了多久。具体装载的类在文件platform/frameworks/base/      preloaded-classes

内容类似：

android.R$styleable
android.accounts.AccountMonitor
android.accounts.AccountMonitor$AccountUpdater
android.app.Activity
android.app.ActivityGroup
android.app.ActivityManager$MemoryInfo$1
android.app.ActivityManagerNative
android.app.ActivityManagerProxy
android.app.ActivityThread
android.app.ActivityThread$ActivityRecord
android.app.ActivityThread$AppBindData
android.app.ActivityThread$ApplicationThread
android.app.ActivityThread$ContextCleanupInfo
android.app.ActivityThread$GcIdler
android.app.ActivityThread$H
android.app.ActivityThread$Idler

而这个文件是由文件WritePreloadedClassFile.java中的WritePreloadedClassFile类自动生成

/**

* Writes /frameworks/base/preloaded-classes. Also updates

* {@link LoadedClass#preloaded} fields and writes over compiled log file.

*/

public class WritePreloadedClassFile

    /**

     * Preload any class that take longer to load than MIN_LOAD_TIME_MICROS us.

     */

static final int MIN_LOAD_TIME_MICROS = 1250;//这个代表了装载时间小于1250us即1.25ms的类将不予装载，也许可以改这个参数减少一下类的装载

//这里可以看到什么样的类会被装载

A:启动必须装载的类，比如系统级的类

B：刚才说的装载时间大于1.25ms的类

C：被使用一次以上或被应用装载的类

仔细看看筛选类的具体实现，可以帮助我们认识哪些类比较重要，哪些可以去掉。

筛选规则是

第一  isPreloadable，

    /**Reports if the given class should be preloaded. */
    public static boolean isPreloadable(LoadedClass clazz) {

        return clazz.systemClass && !EXCLUDED_CLASSES.contains(clazz.name);

    }

意思是指除了EXCLUDED_CLASSES包含的类之外的所有系统装载的类。

EXCLUDED_CLASSES包含

    /**
     * Classes which we shouldn't load from the Zygote.
     */
    private static final Set<String> EXCLUDED_CLASSES
            = new HashSet<String>(Arrays.asList(
        // Binders
        "android.app.AlarmManager",
        "android.app.SearchManager",
        "android.os.FileObserver",
        "com.android.server.PackageManagerService$AppDirObserver",

        // Threads
        "android.os.AsyncTask",
        "android.pim.ContactsAsyncHelper",
        "java.lang.ProcessManager"
    ));

目前是跟Binders跟Threads有关的不会被预装载。

第二   clazz.medianTimeMicros() > MIN_LOAD_TIME_MICROS装载时间大于1.25ms。

第三  names.size() > 1 ，既是被processes一次以上的。

上面的都是指的system class,另外还有一些application class需要被装载

规则是fromZygote而且不是服务

proc.fromZygote() && !Policy.isService(proc.name)

fromZygote指的除了com.android.development的zygote类

    public boolean fromZygote() {
        return parent != null && parent.name.equals("zygote")
                && !name.equals("com.android.development");
    }

/除了常驻内存的服务

    /**
     * Long running services. These are restricted in their contribution to the 
     * preloader because their launch time is less critical.
     */
    // TODO: Generate this automatically from package manager.
    private static final Set<String> SERVICES = new HashSet<String>(Arrays.asList(
        "system_server",
        "com.google.process.content",
        "android.process.media",
        "com.android.bluetooth",
        "com.android.calendar",
        "com.android.inputmethod.latin",
        "com.android.phone",
        "com.google.android.apps.maps.FriendService", // pre froyo
        "com.google.android.apps.maps:FriendService", // froyo
        "com.google.android.apps.maps.LocationFriendService",
        "com.google.android.deskclock",
        "com.google.process.gapps",
        "android.tts"
    ));

好了。要转载的就是这些类了。虽然preloaded-classes是在下载源码的时候已经确定了的，也就是对我们来说WritePreloadedClassFile类是没用到的，我们可以做的就是在preloaded-classes文件中，把不预装载的类去掉，试了把所有类去掉，启动确实很快跳过那个地方，但是启动HOME的时候就会很慢了。所以最好的方法就是只去掉那些没怎么用到的，不过要小心处理。至于该去掉哪些，还在摸索，稍后跟大家分享。有兴趣的朋友可以先把preloaded-classes这个文件里面全部清空，启动快了很多，但在启动apk的时候会慢了点。当然了，也可以把android相关的类全部去掉，剩下java的类，试过了也是可以提高速度。

三，系统服务初始化和package 扫描

在启动系统服务的init2()时会启动应用层（Java层）的所有服务。

    public static void main(String[] args) {
   

        System.loadLibrary("android_servers");
        init1(args); //init1 初始化，完成之后会回调init2()
    }

在init2()中会启动一个线程来启动所有服务

public static final void init2() {
        Log.i(TAG, "Entered the Android system server!");
        Thread thr = new ServerThread();
        thr.setName("android.server.ServerThread");
        thr.start();
    }

class ServerThread extends Thread {

。。。

public void run() {

。。。

关键服务：

  ServiceManager.addService("entropy", new EntropyService());

ServiceManager.addService(Context.POWER_SERVICE, power);

   context = ActivityManagerService.main(factoryTest);

  ServiceManager.addService("telephony.registry", new TelephonyRegistry(context));

    PackageManagerService.main(context,
                    factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_OFF);//apk扫描的服务

   ServiceManager.addService(Context.ACCOUNT_SERVICE,
                        new AccountManagerService(context));

         ContentService.main(context,
                    factoryTest == SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL);

       battery = new BatteryService(context);
            ServiceManager.addService("battery", battery);

        hardware = new HardwareService(context);
            ServiceManager.addService("hardware", hardware);

          AlarmManagerService alarm = new AlarmManagerService(context);
            ServiceManager.addService(Context.ALARM_SERVICE, alarm);

ServiceManager.addService(Context.SENSOR_SERVICE, new SensorService(context));

WindowManagerService.main(context, power,
                    factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL);
            ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);

上面这些都是关键服务，不建议进行裁剪。

下面的这些不是很关键，可以进行裁剪，当是必须相应的修改framework部分的代码，工作量比较大和复杂。我去掉了20个服务，大概需要相应修改大概20多个文件。

                statusBar = new StatusBarService(context);
                ServiceManager.addService("statusbar", statusBar);
       
                ServiceManager.addService("clipboard", new ClipboardService(context));
       
                imm = new InputMethodManagerService(context, statusBar);
                ServiceManager.addService(Context.INPUT_METHOD_SERVICE, imm);
       
                ServiceManager.addService("netstat", new NetStatService(context));
       
                connectivity = ConnectivityService.getInstance(context);

                ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, connectivity);
                   ServiceManager.addService(Context.ACCESSIBILITY_SERVICE,
                      new AccessibilityManagerService(context));
        
                notification = new NotificationManagerService(context, statusBar, hardware);
                ServiceManager.addService(Context.NOTIFICATION_SERVICE, notification);
      

                ServiceManager.addService("mount", new MountService(context));
   

                ServiceManager.addService(DeviceStorageMonitorService.SERVICE,
                        new DeviceStorageMonitorService(context));
      
                ServiceManager.addService(Context.LOCATION_SERVICE, new LocationManagerService(context));
      

                ServiceManager.addService( Context.SEARCH_SERVICE, new SearchManagerService(context) );
   

            if (INCLUDE_DEMO) {
                Log.i(TAG, "Installing demo data...");
                (new DemoThread(context)).start();
            }

                Intent intent = new Intent().setComponent(new ComponentName(
                        "com.google.android.server.checkin",
                        "com.google.android.server.checkin.CheckinService"));
        
                    ServiceManager.addService("checkin", new FallbackCheckinService(context));
   

                wallpaper = new WallpaperManagerService(context);
                ServiceManager.addService(Context.WALLPAPER_SERVICE, wallpaper);
       
     
                ServiceManager.addService(Context.AUDIO_SERVICE, new AudioService(context));
       

                headset = new HeadsetObserver(context);
   

  
                dock = new DockObserver(context, power);
     

  
                ServiceManager.addService(Context.BACKUP_SERVICE, new BackupManagerService(context));
    
                ServiceManager.addService(Context.APPWIDGET_SERVICE, appWidget);

package 扫描部分，整个流程为下图所示：

<ignore_js_op>

最终的zip文件（apk）读取是在下面这两个函数：

/*
* Open the specified file read-only.  We memory-map the entire thing and
* close the file before returning.
*/
status_t ZipFileRO::open(const char* zipFileName)
{
    int fd = -1;
    off_t length;

    assert(mFileMap == NULL);

LOGD("opening zip '%s'\n", zipFileName);

    /*
     * Open and map the specified file.
     */

    fd = ::open(zipFileName, O_RDONLY);

    if (fd < 0) {
        LOGW("Unable to open zip '%s': %s\n", zipFileName, strerror(errno));
        return NAME_NOT_FOUND;
    }

    length = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    if (length < 0) {
        close(fd);
        return UNKNOWN_ERROR;
    }

    mFileMap = new FileMap();

    if (mFileMap == NULL) {
        close(fd);
        return NO_MEMORY;
    }

    if (!mFileMap->create(zipFileName, fd, 0, length, true)) {
        LOGW("Unable to map '%s': %s\n", zipFileName, strerror(errno));
        close(fd);
        return UNKNOWN_ERROR;
    }

    mFd = fd;

    /*
     * Got it mapped, verify it and create data structures for fast access.
     */
    if (!parseZipArchive()) {
        mFileMap->release();
        mFileMap = NULL;
        return UNKNOWN_ERROR;
    }

LOGD("done opening zip\n");

    return OK;
}

/*
* Parse the Zip archive, verifying its contents and initializing internal
* data structures.
*/
bool ZipFileRO::parseZipArchive(void)
{

#define CHECK_OFFSET(_off) {                                                \
        if ((unsigned int) (_off) >= maxOffset) {                           \
            LOGE("ERROR: bad offset %u (max %d): %s\n",                     \
                (unsigned int) (_off), maxOffset, #_off);                   \
            goto bail;                                                      \
        }                                                                   \
    }

    const unsigned char* basePtr = (const unsigned char*)mFileMap->getDataPtr();
    const unsigned char* ptr;
    size_t length = mFileMap->getDataLength();
    bool result = false;
    unsigned int i, numEntries, cdOffset;
    unsigned int val;

    /*
     * The first 4 bytes of the file will either be the local header
     * signature for the first file (kLFHSignature) or, if the archive doesn't
     * have any files in it, the end-of-central-directory signature
     * (kEOCDSignature).
     */
    val = get4LE(basePtr);
    if (val == kEOCDSignature) {
        LOGI("Found Zip archive, but it looks empty\n");
        goto bail;
    } else if (val != kLFHSignature) {
        LOGV("Not a Zip archive (found 0x%08x)\n", val);
        goto bail;
    }

    /*
     * Find the EOCD.  We'll find it immediately unless they have a file
     * comment.
     */
    ptr = basePtr + length - kEOCDLen;

    while (ptr >= basePtr) {
        if (*ptr == (kEOCDSignature & 0xff) && get4LE(ptr) == kEOCDSignature)
            break;
        ptr--;
    }
    if (ptr < basePtr) {
        LOGI("Could not find end-of-central-directory in Zip\n");
        goto bail;
    }

    /*
     * There are two interesting items in the EOCD block: the number of
     * entries in the file, and the file offset of the start of the
     * central directory.
     *
     * (There's actually a count of the #of entries in this file, and for
     * all files which comprise a spanned archive, but for our purposes
     * we're only interested in the current file.  Besides, we expect the
     * two to be equivalent for our stuff.)
     */
    numEntries = get2LE(ptr + kEOCDNumEntries);
    cdOffset = get4LE(ptr + kEOCDFileOffset);

    /* valid offsets are [0,EOCD] */
    unsigned int maxOffset;
    maxOffset = (ptr - basePtr) +1;

    LOGV("+++ numEntries=%d cdOffset=%d\n", numEntries, cdOffset);
    if (numEntries == 0 || cdOffset >= length) {
        LOGW("Invalid entries=%d offset=%d (len=%zd)\n",
            numEntries, cdOffset, length);
        goto bail;
    }

    /*
     * Create hash table.  We have a minimum 75% load factor, possibly as
     * low as 50% after we round off to a power of 2.
     */
    mNumEntries = numEntries;
    mHashTableSize = roundUpPower2(1 + ((numEntries * 4) / 3));
    mHashTable = (HashEntry*) calloc(1, sizeof(HashEntry) * mHashTableSize);

    /*
     * Walk through the central directory, adding entries to the hash
     * table.
     */
    ptr = basePtr + cdOffset;
    for (i = 0; i < numEntries; i++) {
        unsigned int fileNameLen, extraLen, commentLen, localHdrOffset;
        const unsigned char* localHdr;
        unsigned int hash;

        if (get4LE(ptr) != kCDESignature) {
            LOGW("Missed a central dir sig (at %d)\n", i);
            goto bail;
        }
        if (ptr + kCDELen > basePtr + length) {
            LOGW("Ran off the end (at %d)\n", i);
            goto bail;
        }

        localHdrOffset = get4LE(ptr + kCDELocalOffset);
        CHECK_OFFSET(localHdrOffset);
        fileNameLen = get2LE(ptr + kCDENameLen);
        extraLen = get2LE(ptr + kCDEExtraLen);
        commentLen = get2LE(ptr + kCDECommentLen);

        //LOGV("+++ %d: localHdr=%d fnl=%d el=%d cl=%d\n",
        //    i, localHdrOffset, fileNameLen, extraLen, commentLen);
        //LOGV(" '%.*s'\n", fileNameLen, ptr + kCDELen);

        /* add the CDE filename to the hash table */
        hash = computeHash((const char*)ptr + kCDELen, fileNameLen);
        addToHash((const char*)ptr + kCDELen, fileNameLen, hash);

      //  localHdr = basePtr + localHdrOffset;
      //  if (get4LE(localHdr) != kLFHSignature) {
           // LOGW("Bad offset to local header: %d (at %d)\n",
             //   localHdrOffset, i);
          //  goto bail;
     //   }

        ptr += kCDELen + fileNameLen + extraLen + commentLen;
        CHECK_OFFSET(ptr - basePtr);
    }

    result = true;

bail:
    return result;
#undef CHECK_OFFSET
}

     红色部分是修改后的代码，大家可以对比一下。(未完。。。)