Android中app卡顿原因分析示例

在知乎回答了一个“为什么微博的app在iPhone比Android上流畅”的问题。后面部分是一个典型的动画卡顿的性能分析过程，因此帖在这里。有编程问题可以在这里交流。知乎链接。

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我来说下我所知道的事情。我不知道iOS为什么流畅，但我知道一些Android为什么不流畅的原因。

首先，就题主所说的问题，我用iPad和小米Pad对比了一下微博滑动滚屏这件事情（2014年8月10日目前微博app最新版本）。正如题主所说，直观感受上明显感觉iOS要流畅、舒服。

在这件事情上我认为主要是这三个原因：

1. 速度曲线。
   当你滑动界面然后松手，这时界面会继续滑动，然后速度减小，直到速度为0时停止。iOS下速度减小的这个过程比较慢，尤其是快要停的时候是慢慢停的，视觉上有种很顺滑的感觉；Android下则从松手到停要快很多，相比之下有种戛然而止的感觉。
   从数据/技术角度来看这个事情，我们滑动界面的最终目的不是为了“动”，而是为了“停”，因此只要平滑的到达目的地，似乎越快完成这个过程越好，所以Android的选择是理所当然的。但事实是，大家普遍更喜欢iOS的方式，这样做显得更顺滑、更优雅。
2. 帧率。
   绝大部分时间两者都能保持60FPS左右的满帧率。但都会有偶尔的掉帧。并且Android上要比iOS上严重很多。（好吧，比起前两年，已经好太多了。）我前前后后滑动了几十次，iOS在前面遇到1次掉帧，后面就很稳定了。而Android几乎每滑动一次都会伴随一次掉帧。这完全就是真真实实的卡顿，用户必然会感觉到那一刻的不流畅。Android掉帧的原因我后面再详细分析。
3. 触摸响应速度。
   从手指碰到触摸屏，到屏幕上显示处理这次触摸产生的画面，是需要时间的。时间越短感觉越跟手。据说iOS的触摸屏的处理时间要比一般的Android手机快，这不是我的专长，不知道怎么验证。但在软件系统层面，Android的显示机制是app-->SurfaceFlinger-->Display，这比传统的app-->Display多了一步，主要基于这个原因，画面最终输出到屏幕要比传统的方式慢一帧(16.7ms)。

我觉得第1点造成的影响最大，恰恰却是最技术/设备无关的。如果微博app或者Android系统要改变，很容易就可以调得跟iOS一模一样。但正是由于这是产品形态上的差别而不是纯粹技术上的优劣，反倒成了Android最不太可能改变的。

第2点的影响其次，当然是指在目前这个大部分时候都能满帧的情况下。这方面是Android从早期到现在进步最明显的方面，使用了很多方法来优化帧率。但就算现在Android进化了很多，硬件性能也进化了很多，却仍旧不可能彻底消灭掉帧的情况。

第3点通俗的讲就是跟手性，跟手性的重要性不言而喻，但现在的差别比较细微，且具体数据我也不清楚。
我想过一个办法让桌面、微博这种内容和手一起动的应用绘制到屏幕的速度快一帧（16.7ms），其实就是抵消之前提到的慢的那一帧，需要framework层和app层一起配合改动，目前已申请了专利但代码还没进，将来有时间了应该会进到MIUI。感兴趣的可以看看专利：滑动操作响应方法、装置及终端设备。

最后我来用专业技术分析一下微博app在Android里掉帧的原因。非编程人员可以不看下去了。（这个过程我使用的是小米3高通版+最新版微博app。）

最初，我认为这种现象很像GC（垃圾回收）导致的，于是打开logcat观察每次卡顿的时候有没有GC发生。结果发现并没有。停下来的时候才会有GC，这说明微博app在滑动过程中控制得不错，在停下来的一刻才去分配内存，使GC不影响帧率。

然后我打开“开发者选项”->“GPU呈现模式分析”->“在屏幕上显示为条形图”（好像是4.4才有这个选项，之前的只能在dumpsys里看），这会在屏幕上直观的显示每帧绘制花费的时间。屏幕上有条基准线大概是16ms，如果超过这条线则很有可能掉帧了。如果下面的蓝色部分很长则说明是软件draw的部分太费时，那么可以通过traceview来继续分析draw的java代码。（我假定了现在的app都是硬件加速的方式。）如果中间红色部分很长则说明是OpenGL ES绘制过程太费时。可以用gltrace来分析OpenGL ES的调用过程。
打开选项后使用微博app，发现虽然偶尔有超基准线，但并不严重，并且卡顿的时候并没有明显异常。

于是我开始使用systrace，这下就很明显了：

可以发现每隔几帧，就会有一次大间隙，图中我圈了红圈圈的两个地方都明显超过正常的耗时时间。现在问题是，这些地方的代码在干什么呢？是什么花费了这么长时间？

放大后发现都是这两个：obtainView和setupListItem。它们都是在draw之前调用的，这也解释了通过上一步的方法（“GPU呈现模式分析”）为什么没有显示出来，因为那个方法只展示draw里面的时间消耗。
通过在源码里搜索obtainView和setupListItem，可以发现是AbsListView的obtainView方法和ListView的setupChild方法打下的这个log。

接下来，我们用traceview来看看这两个方法里面究竟调用了什么代码导致耗时过长。
跟踪obtainView最终到了这里：

代码混淆了，看不太出来了，也懒得再跟下去了。但随便点了点然后看到：

TextView.setText用了挺多的时间。感觉Android团队应该优化优化这个方法。
然后再来跟踪setupChild方法：

都是measure占用的时间，并且调用次数比较多。这应该说明了View的数量不少。用hierarchyviewer看了下，的确不少，一条微博有50多个View：

结论：我们最终大致找到了耗时的代码及部分原因。这两个耗时方法应该都是有可能减下来的，但应该不那么容易。
在Android上实现功能比较容易，但如果默认实现有了性能问题，要想解决就不好说了，有时候要绕很远。


最后，列一些相关链接：
Android图形架构（绘图慢一帧的事情这里有说）：http://source.android.com/devices/graphics/architecture.html
Android Performance Case Study：http://www.curious-creature.org/docs/android-performance-case-study-1.html