AndroidStudio3.0 Android Profiler分析器简单介绍

Android Studio 3.0 采用全新的 Android Profiler 窗口取代 Android Monitor 工具。
这些全新的分析工具能够提供关于应用 CPU、内存和网络 Activity 的实时数据。
您可以执行基于样本的函数跟踪来记录代码执行时间、采集堆转储数据、查看内存分配,以及查看网络传输文件的详情。
该工具可用于:程序OOM、程序耗电高、手机发烫等等问题查找,用于帮助APP性能调优。本文主要介绍,认识使用该工具,本文内容较多。


Android Profiler使用步骤

Android Profiler 窗口打开步骤:

  • 方式1:AndroidStudio菜单图标可直接点击打开
  • 方式2:点击 View > Tool Windows > Android Profiler

工具介绍

需USB线连接设备进行,如果您通过 USB 连接了某个设备但该设备未在设备列表中列出,请确保您已启用 USB 调试。

  • 1的位置用于选择您想要分析的设备
  • 2的位置用于选择应用进程
  • 3的位置是时间线缩放控件
  • 4的位置是实时更新跳转按钮
  • 5的位置用于显示 Activity 状态、用户输入 Event 和屏幕旋转 Event 的 Event 时间线
    • Android Profiler 共享时间线视图 此共享时间线视图只显示时间线图表。 要使用详细分析工具,请点击与您想查看的性能数据对应的图表。 例如,要使用工具查看堆数据和跟踪内存分配,可点击 MEMORY 图表
    • 并不是所有分析数据均默认可见。 如果您看到一条消息,显示“Advanced profiling is unavailable for the selected process”,则需在运行配置中启用高级分析
      • 选择 Run > Edit Configurations
      • 在左侧窗格中选择您的应用模块
      • 点击 Profiling 标签,然后勾选 Enable advanced profiling

工具数据分析

使用 CPU Profiler 检查 CPU Activity 和函数跟踪

CPU Profiler 可帮助您实时检查应用的 CPU 使用率和线程 Activity,并记录函数跟踪,以便您可以优化和调试您的应用代码。

打开CPU Profiler -> 点击 CPU 时间线中的任意位置即可

  • CPU使用率越低,对应的影响
    • 能提供更快更顺畅的用户体验
    • 能延长设备电池续航时间
    • 帮助应用在各种新旧设备上保持良好性能

各区位功能介绍
  • 1 Event 时间线: 显示应用中在其生命周期不同状态间转换的 Activity,并表明用户与设备的交互,包括屏幕旋转Event。
  • 2 CPU 时间线: 显示应用的实时 CPU 使用率(以占总可用 CPU 时间的百分比表示)以及应用使用的总线程数。 此时间线还显示其他进程的 CPU 使用率(如系统进程或其他应用),以便您可以将其与您的应用使用率进行对比。 通过沿时间线的水平轴移动鼠标,您还可以检查历史 CPU 使用率数据。
  • 3 线程 Activity 时间线: 列出属于应用进程的每个线程并使用下面列出的颜色沿时间线标示它们的 Activity。 在您记录一个函数跟踪后,您可以从此时间线中选择一个线程以在跟踪窗格中检查其数据。
    绿色: 表示线程处于活动状态或准备使用 CPU。 即,它正在“运行中”或处于“可运行”状态。
    黄色: 表示线程处于活动状态,但它正在等待一个 I/O 操作(如磁盘或网络 I/O),然后才能完成它的工作。
    灰色: 表示线程正在休眠且没有消耗任何 CPU 时间。 当线程需要访问尚不可用的资源时偶尔会发生这种情况。 线程进入自主休眠或内核将此线程置于休眠状态,直到所需的资源可用。
  • 4 记录配置: 允许您选择以下选项之一以确定分析器记录函数跟踪的方式。
    Sampled: 一个默认配置,在应用执行期间频繁捕获应用的调用堆栈。 分析器比较捕获的数据集以推导与应用代码执行有关的时间和资源使用信息。 基于“Sampled”的跟踪的固有问题是,如果应用在捕获调用堆栈后进入一个函数并在下一次捕获前退出该函数,则分析器不会记录该函数调用。 如果您对此类生命周期很短的跟踪函数感兴趣,您应使用“Instrumented”跟踪。
    Instrumented: 一个默认配置,在运行时设置应用以在每个函数调用的开始和结束时记录时间戳。 它收集时间戳并进行比较,以生成函数跟踪数据,包括时间信息和 CPU 使用率。 请注意,与设置每个函数关联的开销会影响运行时性能,并可能会影响分析数据,对于生命周期相对较短的函数,这一点更为明显。 此外,如果应用短时间内执行大量函数,则分析器可能会迅速超出它的文件大小限制,且不能再记录更多跟踪数据。
    Edit configurations: 允许您更改上述“Sampled”和“Instrumented”记录配置的某些默认值,并将它们另存为自定义配置。
  • 5记录按钮: 用于开始和停止记录函数跟踪。
记录和检查函数跟踪

要开始记录函数跟踪,从下拉菜单中选择 Sampled 或 Instrumented 记录配置,或选择您创建的自定义记录配置,然后点击
Record 。与应用交互并在完成后点击Stop recording。
分析器将自动选择记录的时间范围,并在函数跟踪窗格中显示其跟踪信息,如下图所示。如果您想检查另一个线程的函数跟踪,只需从线程Activity时间线中选中它。

  • 选择时间范围:用于确定您要在跟踪窗格中检查所记录时间范围的哪一部分。当您首次记录函数跟踪时,CPU Profiler将在CPU时间线中自动选择您的记录的完整长度。如果您想仅检查所记录时间范围一小部分的函数跟踪数据,您可以点击并拖动突出显示的区域边缘以修改其长度。
  • 时间戳:用于表示所记录函数跟踪的开始和结束时间(相对于分析器从设备开始收集CPU使用率信息的时间)。在选择时间范围时,您可以点击时间戳以自动选择完整记录,如果您有多个要进行切换的记录,则此做法尤其有用。
  • 跟踪窗格:用于显示您所选的时间范围和线程的函数跟踪数据。仅在您至少记录一个函数跟踪后此窗格才会显示。在此窗格中,您可以选择想如何查看每个堆叠追踪(使用跟踪标签),以及如何测量执行时间(使用时间引用下拉菜单)。
  • 选择后,可通过Top Down树、Bottom Up 树、调用图表或火焰图的形式显示您的函数跟踪。您可以在下文中了解每个跟踪窗格标签的更多信息。
  • 从下拉菜单中选择以下选项之一,以确定如何测量每个函数调用的时间信息:
    Wall clock time:壁钟时间信息表示实际经过的时间。
    Thread time:线程时间信息表示实际经过的时间减去线程没有消耗CPU资源的任意时间部分。对于任何给定函数,其线程时间始终少于或等于其壁钟时间。使用线程时间可以让您更好地了解线程的实际CPU使用率中有多少是给定函数消耗的

使用 Memory Profiler 查看 Java 堆和内存分配

Memory Profiler 是 Android Profiler 中的一个组件,可帮助您识别导致应用卡顿、冻结甚至崩溃的内存泄漏和流失。 它显示一个应用内存使用量的实时图表,让您可以捕获堆转储、强制执行垃圾回收以及跟踪内存分配。

Android 提供一个托管内存环境当它确定您的应用不再使用某些对象时,垃圾回收器会将未使用的内存释放回堆中。
如果您的应用分配内存的速度比系统回收内存的速度快,则当收集器释放足够的内存以满足您的分配需要时,您的应用可能会延迟。 此延迟可能会导致您的应用跳帧,并使系统明显变慢。

  • 打开Memory Profiler -> 点击 MEMORY 时间线中的任意位置即可

使用Menory Profiler可以

  • 在时间线中查找可能会导致性能问题的不理想的内存分配模式。
  • 转储 Java 堆以查看在任何给定时间哪些对象耗尽了使用内存。 长时间进行多个堆转储可帮助识别内存泄漏。
  • 记录正常用户交互和极端用户交互期间的内存分配以准确识别您的代码在何处短时间分配了过多对象,或分配了泄漏的对象。
Memory Profiler 各区位功能介绍

当您首次打开 Memory Profiler 时,您将看到一条表示应用内存使用量的详细时间线,并可访问用于强制执行垃圾回收、捕捉堆转储和记录内存分配的各种工具。

  • 1用于强制执行垃圾回收 Event 的按钮。
  • 2用于捕获堆转储的按钮。
  • 3用于捕获堆转储的按钮。
  • 3用于记录内存分配情况的按钮。 此按钮仅在连接至运行 Android 7.1 或更低版本的设备时才会显示。
  • 4用于放大/缩小时间线的按钮。
  • 5用于跳转至实时内存数据的按钮。
  • 6Event 时间线,其显示 Activity 状态、用户输入 Event 和屏幕旋转 Event。
  • 7内存使用量时间线,其包含以下内容:
    • 一个显示每个内存类别使用多少内存的堆叠图表,如左侧的 y 轴以及顶部的彩色键所示。
    • 虚线表示分配的对象数,如右侧的 y 轴所示。
    • 用于表示每个垃圾回收 Event 的图标。
如何计算内存

您在 Memory Profiler(下图)顶部看到的数字取决于您的应用根据 Android 系统机制所提交的所有私有内存页面数。 此计数不包含与系统或其他应用共享的页面。

内存计数中的类别如下所示:

  • Java:从 Java 或 Kotlin 代码分配的对象内存。
  • Native:从 C 或 C++ 代码分配的对象内存。
    即使您的应用中不使用 C++,您也可能会看到此处使用的一些原生内存,因为 Android 框架使用原生内存代表您处理各种任务,如处理图像资源和其他图形时,即使您编写的代码采用 Java 或 Kotlin 语言。
  • Graphics:图形缓冲区队列向屏幕显示像素(包括 GL 表面、GL 纹理等等)所使用的内存。 (请注意,这是与 CPU 共享的内存,不是 GPU 专用内存。)
  • Stack: 您的应用中的原生堆栈和 Java 堆栈使用的内存。 这通常与您的应用运行多少线程有关。
  • Code:您的应用用于处理代码和资源(如 dex 字节码、已优化或已编译的 dex 码、.so 库和字体)的内存。
  • Other:您的应用使用的系统不确定如何分类的内存。
  • Allocated:您的应用分配的 Java/Kotlin 对象数。 它没有计入 C 或 C++ 中分配的对象。
    当连接至运行 Android 7.1 及更低版本的设备时,此分配仅在 Memory Profiler 连接至您运行的应用时才开始计数。 因此,您开始分析之前分配的任何对象都不会被计入。 不过,Android 8.0 附带一个设备内置分析工具,该工具可记录所有分配,因此,在 Android 8.0 及更高版本上,此数字始终表示您的应用中待处理的 Java 对象总数。

注:目前,Memory Profiler 还会显示应用中的一些误报的原生内存使用量,而这些内存实际上是分析工具使用的。 对于大约 100000 个对象,最多会使报告的内存使用量增加 10MB。 在这些工具的未来版本中,这些数字将从您的数据中过滤掉。

查看内存分配
  • 如果您的设备运行 Android 7.1 或更低版本,则在 Memory Profiler 工具栏中点击 Record memory allocations 。 记录时,Android Monitor 将跟踪您的应用中进行的所有分配。 操作完成后,点击 Stop recording
  • 如果您的设备运行 Android 8.0 或更高版本,您可以随时按照下述方法查看您的对象分配:只需点击并按住时间线,并拖动选择您想要查看分配的区域。 (不需要开始记录会话,因为 Android 8.0 及更高版本附带设备内置分析工具,可持续跟踪您的应用分配。)

要检查分配记录,请按以下步骤操作:

  • 浏览列表以查找堆计数异常大且可能存在泄漏的对象。 为帮助查找已知类,点击 Class Name 列标题以按字母顺序排序。 然后点击一个类名称。 此时在右侧将出现 Instance View 窗格,显示该类的每个实例,如图 3 中所示。

  • 在 Instance View 窗格中,点击一个实例。 此时下方将出现 Call Stack 标签,显示该实例被分配到何处以及哪个线程中。

  • 在 Call Stack 标签中,点击任意行以在编辑器中跳转到该代码。

  • 小提示
    默认情况下,左侧的分配列表按类名称排列。 在列表顶部,您可以使用右侧的下拉列表在以下排列方式之间进行切换:

  • Arrange by class:基于类名称对所有分配进行分组。

  • Arrange by package:基于软件包名称对所有分配进行分组。

  • Arrange by callstack:将所有分配分组到其对应的调用堆栈

捕获堆转储

堆转储显示在您捕获堆转储时您的应用中哪些对象正在使用内存。 特别是在长时间的用户会话后,堆转储会显示您认为不应再位于内存中却仍在内存中的对象,从而帮助识别内存泄漏。 在捕获堆转储后,您可以查看以下信息:

您的应用已分配哪些类型的对象,以及每个类型分配多少。

  • 每个对象正在使用多少内存。
  • 在代码中的何处仍在引用每个对象。
  • 对象所分配到的调用堆栈。 (目前,如果您在记录分配时捕获堆转储,则只有在 Android 7.1 及更低版本中,堆转储才能使用调用堆栈。)
查看堆转储

要捕获堆转储,在 Memory Profiler 工具栏中点击 Dump Java heap。

注:如果您需要更精确地了解转储的创建时间,可以通过调用 dumpHprofData() 在应用代码的关键点创建堆转储。

要检查您的堆,请按以下步骤操作:

  • 浏览列表以查找堆计数异常大且可能存在泄漏的对象。 为帮助查找已知类,点击 Class Name 列标题以按字母顺序排序。 然后点击一个类名称。 此时在右侧将出现 Instance View 窗格,显示该类的每个实例。
  • 在 Instance View 窗格中,点击一个实例。此时下方将出现 References,显示该对象的每个引用。
    或者,点击实例名称旁的箭头以查看其所有字段,然后点击一个字段名称查看其所有引用。 如果您要查看某个字段的实例详情,右键点击该字段并选择 Go to Instance。
  • 在 References 标签中,如果您发现某个引用可能在泄漏内存,则右键点击它并选择 Go to Instance。 这将从堆转储中选择对应的实例,显示您自己的实例数据。

注:默认情况下,堆转储不会向您显示每个已分配对象的堆叠追踪。 要获取堆叠追踪,在点击 Dump Java heap 之前,您必须先开始记录内存分配。(由于堆叠追踪需要您执行分配记录,因此,您目前无法在 Android 8.0 上查看堆转储的堆叠追踪。)

在您的堆转储中,请注意由下列任意情况引起的内存泄漏:

  • 长时间引用 Activity、Context、View、Drawable 和其他对象,可能会保持对 Activity 或 Context 容器的引用。
  • 可以保持 Activity 实例的非静态内部类,如 Runnable。
  • 对象保持时间超出所需时间的缓存。

在类列表中,您可以查看以下信息:

  • Heap Count:堆中的实例数。
  • Shallow Size:此堆中所有实例的总大小(以字节为单位)。
  • Retained Size:为此类的所有实例而保留的内存总大小(以字节为单位)。

在类列表顶部,您可以使用左侧下拉列表在以下堆转储之间进行切换:

  • Default heap:系统未指定堆时。
  • App heap:您的应用在其中分配内存的主堆。
  • Image heap:系统启动映像,包含启动期间预加载的类。 此处的分配保证绝不会移动或消失。
  • Zygote heap:写时复制堆,其中的应用进程是从 Android 系统中派生的。

默认情况下,此堆中的对象列表按类名称排列。 您可以使用其他下拉列表在以下排列方式之间进行切换:

  • Arrange by class:基于类名称对所有分配进行分组。
  • Arrange by package:基于软件包名称对所有分配进行分组。
  • Arrange by callstack:将所有分配分组到其对应的调用堆栈。 此选项仅在记录分配期间捕获堆转储时才有效。 即使如此,堆中的对象也很可能是在您开始记录之前分配的,因此这些分配会首先显示,且只按类名称列出。
    默认情况下,此列表按 Retained Size 列排序。 您可以点击任意列标题以更改列表的排序方式。

在 Instance View 中,每个实例都包含以下信息:

  • Depth:从任意 GC 根到所选实例的最短 hop 数。
  • Shallow Size:此实例的大小。
  • Retained Size:此实例支配的内存大小
将堆转储另存为 HPROF

在捕获堆转储后,仅当分析器运行时才能在 Memory Profiler 中查看数据。 当您退出分析会话时,您将丢失堆转储。 因此,如果您要保存堆转储以供日后查看,可通过点击时间线下方工具栏中的 Export heap dump as HPROF file
,将堆转储导出到一个 HPROF 文件中。 在显示的对话框中,确保使用 .hprof 后缀保存文件。

然后,通过将此文件拖到一个空的编辑器窗口(或将其拖到文件标签栏中),您可以在 Android Studio 中重新打开该文件。

要使用其他 HPROF 分析器(如 jhat),您需要将 HPROF 文件从 Android 格式转换为 Java SE HPROF 格式。 您可以使用 android_sdk/platform-tools/ 目录中提供的 hprof-conv 工具执行此操作。 运行包括以下两个参数的 hprof-conv 命令:原始 HPROF 文件和转换后 HPROF 文件的写入位置。 例如:

1
hprof-conv heap-original.hprof heap-converted.hprof
分析内存的技巧

使用 Memory Profiler 时,您应对应用代码施加压力并尝试强制内存泄漏。 在应用中引发内存泄漏的一种方式是,先让其运行一段时间,然后再检查堆。 泄漏在堆中可能逐渐汇聚到分配顶部。 不过,泄漏越小,您越需要运行更长时间的应用才能看到泄漏。

您还可以通过以下方式之一触发内存泄漏:

  • 将设备从纵向旋转为横向,然后在不同的 Activity 状态下反复操作多次。 旋转设备经常会导致应用泄漏 Activity、Context 或 View 对象,因为系统会重新创建 Activity,而如果您的应用在其他地方保持对这些对象之一的引用,系统将无法对其进行垃圾回收。
  • 处于不同的 Activity 状态时,在您的应用与另一个应用之间切换(导航到主屏幕,然后返回到您的应用)。

提示: 您还可以使用 monkeyrunner 测试框架执行上述步骤。

利用 Network Profiler 检查网络流量

Network Profiler 能够在时间线上显示实时网络 Activity,包括发送和接收的数据以及当前的连接数。 这便于您查看应用传输数据的方式和时间,并据此对底层代码进行适当优化。

打开Network Profiler -> 点击 NETWORK 时间线中的任意位置即可打开 Network Profiler

为什么应分析应用的网络 Activity

因为当您的应用向网络发出请求时,设备必须使用高功耗的移动或 WLAN 无线装置来收发数据包,一个词形容:耗电,频繁高性能请求会严重影响手机待机(你可通过批量处理网络请求,延长批量处理请求之间的间隔时间,节省能耗)。

Network Profiler 各区位功能介绍

  • 1的位置表示无线装置功耗状态(低/高)与 WLAN 的对比。
  • 2的位置点击并拖动选择时间线的一部分来检查网络流量。
  • 3的位置窗口您可以点击任意列标题为此列表排序。 同时,您还可以查看时间线选定片段的明细数据,显示每个文件的发送或接收时间。会显示在时间线的选定片段内收发的文件,包括文件名称、大小、类型、状态和时间
  • 4的位置点击网络连接的名称即可查看,有关所发送或接收的选定文件的详细信息,点击各个标签可查看响应数据、标题信息或调用堆栈。

注:

  • 必须启用高级分析才能从时间线中选择要检查的片段,查看发送和接收的文件列表,或查看有关所发送或接收的选定文件的详细信息。
  • Network Profiler 目前只支持 HttpURLConnectionOkHttp 网络连接库.其他网络连接库可能会遇到: (Network Profiler 检测到流量值,但无法识别任何受支持的网络请求,您会收到以下错误消息:
    “Network Profiling Data Unavailable: There is no information for the network traffic you’ve selected.”)

启用高级分析步骤:

  • 选择 Run > Edit Configurations
  • 在左侧窗格中选择您的应用模块
  • 点击 Profiling 标签,然后勾选 Enable advanced profiling

参考