Android性能分析大全-工具篇

发表于 2021-01-01 更新于 2026-03-27 分类于 Android 阅读次数：本文字数： 8.3k 阅读时长 ≈ 8 分钟

介绍Android常用性能分析工具，工具演进。

前言

学习Android性能分析会涉及到一大堆工具。本来想将工具介绍放到性能分析过程中的，但是有的工具包含多个功能、存在功能重叠、或者被废弃了，穿插着讲会比较混乱。因此单独将工具使用拎出来，介绍工具的基本使用、不同工具间的关系、演进。

工具演进

AndroidDeviceMonitor打开

工具作用

按照作用对工具进行下分类。区分下调试工具和性能分析工具

Android Device Monitor

大部分工具已弃用，被AS工具取代了，参考AndroidDeviceMonitor迁移

包含在Android SDK中，囊括调试和分析多个工具

DDMS：包含设备文件管理，Logcat、线程信息、堆信息、网络统计等功能
TraceView：分析.trace文件（已弃用，使用AS的CPU Profiler）
systrace：收集特定Trace信息
Tracer for OpenGL ES：分析GPU信息
Hierarchy Viewer：布局查看
Pixel Perfect
Network Traffic tool：查看网络传输

打开方式

通过<android-sdk>/tools/monitor命令打开。
旧版本AS可以通过Tools-->Android-->DeviceMonitor打开。（Android Studio3.1中废弃，Android Studio3.2中移除。）

AndroidDeviceMonitor打开

界面如下：

Android Device Monitor

常用按钮介绍

AndroidDeviceMonitor工具栏

从左到右依次介绍：

Debug：开启调试，需要有源代码
Update Heap：更新堆使用情况，选中时右侧面板显示堆栈信息
Dump hprof file：生成堆使用情况hprof文件（Heap Profile）
Cause GC：触发垃圾回收
Update Thread：更新线程运行状态，选中时右侧面板显示线程运行状态
Start/Stop Method Profiling：开启或结束方法跟踪，采集数据，并自动使用TraceView显示图形化界面，可以导出.trace文件
Stop：结束进程
Screen Capture：截屏
Dump View Hierarchy for UI Automator：Dump布局信息
Capture system wide trace using Android systrace：打开Systrace工具

DDMS（Dalvik Debug Monitor Server）

包含窗口和多个工具（调试和分析）：

Device：用于查看连接的设备
File Explorer：浏览设备文件
Logcat：查看日志
Emulator Control：仿真控制、模拟器控制，如模拟电话、短信、位置、通知等
System Information：查看系统信息，CPU和内存使用情况等
Thread：查看所有线程信息
Heap：用于查看进程堆使用情况，例如Heap Size、Allocated、Free、Used、Objects等
Allocation Tracker：查看对象内存分配的具体情况
Network Traffic tool：监测网络使用情况

TraceView

用于方法跟踪和查看，打开.trace文件分析具体方法调用耗时、CPU占用情况。Trace文件生成方式：

DDMS或者CPU Profiler中手动点击Start/Stop Method Profiling
代码中调用Debug.startMethodTracing和Debug.stopMethodTracing方法

TraceView界面：

TraceView界面

TraceView时间轴窗格：每个线程的活动信息

TraceView时间轴窗格

TraceView分析窗格：方法耗时和CPU使用信息

TraceView分析窗格

Incl Cpu Time：占用CPU时间，包括调用的方法

Excl Cpu Time：占用CPU时间，不包括调用的方法

Incl Real Time：方法执行真实时间，包括调用的方法

Excl Cpu Time：方法执行真实时间，不包括调用的方法

Calls+Recur Calls/Total：方法调用和递归次数占总次数的百分比

Cpu Time/Call：Cpu占用平均时间

Real Time/Call：平均执行时间

dmtracedump

SDK工具：Android/sdk/platform-tools/dmtracedump，将.trace文件生成图形化的方法调用堆栈图

dmtracedump [-ho] [-s sortable] [-d trace-file-name] [-g outfile] trace-file-name

Systrace工具

Systrace用于系统跟踪。基于Linux Kenerl的ftrace实现。在系统关键流程中插桩（如ActivityThread），通过category指定启用的Tag（高版本支持更多的Tag）。

Java层的通过android.os.Trace类完成，native层通过ATrace宏完成

public final class Trace {
    //系统使用
    @UnsupportedAppUsage
    public static void traceBegin(long traceTag, String methodName) {
        if (isTagEnabled(traceTag)) {
            nativeTraceBegin(traceTag, methodName);
        }
    }
    @UnsupportedAppUsage
    public static void traceEnd(long traceTag) {
        if (isTagEnabled(traceTag)) {
            nativeTraceEnd(traceTag);
        }
    }
    //APP使用
    public static void beginSection(@NonNull String sectionName) {
        if (isTagEnabled(TRACE_TAG_APP)) {
            if (sectionName.length() > MAX_SECTION_NAME_LEN) {
                throw new IllegalArgumentException("sectionName is too long");
            }
            nativeTraceBegin(TRACE_TAG_APP, sectionName);
        }
    }
    public static void endSection() {
        if (isTagEnabled(TRACE_TAG_APP)) {
            nativeTraceEnd(TRACE_TAG_APP);
        }
    }
}

要收集应用Trace，跟踪的时候需要指定-a选项

应用可以自定义插桩，参考开发者文档-定义自定义事件

Java或Kotlin调用：Trace.beginSection()、Trace.endSection()
Native调用：引入头文件#include <android/trace.h>，调用ATrace_beginSection()、ATrace_endSection()

注：

begin和end调用一一对应
begin和end必须在同一个线程
systrace要求app是debuggable的，但是debug版本apk和release有差距，会导致结果不准确。可以打包release版本，通过反射调用Trace.setAppTracingAllowed(true)方法开启

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Class<?> trace = Class.forName("android.os.Trace");
Method setAppTracingAllowed = trace.getDeclaredMethod("setAppTracingAllowed", boolean.class);
setAppTracingAllowed.invoke(null, true);

图形界面使用

DDMS中打开Systrace工具

选择输出路径、跟踪时长、Buffer大小、Tag等

命令行使用

# 例如
$ cd Android/sdk/platform-tools/systrace
$ ./systrace.py --time=10 -o mynewtrace.html sched gfx view wm binder_driver hal dalvik input res

# Systrace使用说明：
$ systrace.py [options] [category1 [category2 ...]]

1. option为选项：可用`systrace.py -h`查看
   1. `-t N`或者`--time=N`：指定跟踪时长
   2. `-b N`或者`--buf-size=N`：指定跟踪缓冲区大小
   3. `-a <package-name>`或者`--app=<package-name>`：开启指定包名应用中自定义插桩的Trace
   4. `-l`或者`--list-categories`：查看设备支持的category
   5. `-o`：输出文件，默认输出`trace.html`
   6. `-j`：生成json文件
2. category为要捕获的信息：可用`systrace.py -l`查看
   1. `gfx`：Graphics信息，分析卡顿
   2. `input`：输入事件
   3. `sched`：cpu调度、线程信息
   4. `view`：View绘制
   5. `am`：ActivityManager调用信息，分析启动过程
   6. `dalvik`：虚拟机信息，分析GC
   7. `binder_driver`：分析Binder IPC
   8. `core_services`：SystemServer信息

分析报告

分析报告：可以使用Perfetto UI查看，选择"Open with legacy UI"。

如下图，绿色圆圈是正常的帧，红色和黄色表示存在卡顿。（无法看到具体调用栈，可以结合TraceView或CPU Profiler分析）

TraceView和systrace区别：

TraceView：捕获某个时间段内所有方法调用再全部分析，对性能影响较大（一个人犯罪了，把全国人民抓起来审问），高版本可以设置采样间隔。
systrace：更加精细的控制，对性能影响较小，在系统关键流程中插桩，收集特定范围内的信息，可以选择记录指定的TAG。

Android Studio工具

包括多个工具，部分功能是集成Android SDK中的工具

Logcat
Android Emulator：模拟器。低版本是打开SDK的模拟器，高版本可以直接在AS中运行模拟器
Debug Window：断点调试
Device File Explorer：设备文件管理
ADB
Layout Inspector：布局查看
性能分析：AS 3.0以下使用Android Monitor，AS 3.0及以上使用Android Profiler
…

Android Monitor

Android Studio3.0以下，包含Logcat、Memory、Network、CPU、GPU

Android Profiler

Android Studio3.0及以上，包含CPU（可以进行卡顿检测）、Memory、Network、Energy能耗分析器

可以单独启动Profiler，而不运行Android Studio：<studio-installation-folder>/Contents/bin/profiler.sh

高级性能分析

低版本设备（Android 7.1（API 25）及以下）不支持部分高级功能，Profiler中会显示：“Advanced profiling is unavailable for the selected process”。例如：

不支持事件时间轴
Memory Profiler中不支持显示GC事件
Memory Profiler中不支持实时显示已分配对象数量
Network Profiler中不支持已传输文件的详细信息
…

低版本设备要使用高级功能，需要修改配置：

打开Run > Edit Configurations
选择应用Module
选择Profiling，打开"Enable additional support for older devices (API level < 26)"
再次构建运行APP

原理：在编译时往应用内插桩，会降低编译速度。

CPU Profiler

检查CPU使用率和线程活动，记录和查看方法调用轨迹。包括Java方法（Method Trace）、C/C++方法（Function Trace），系统方法（System Trace）。

主界面

事件时间轴：显示Activity生命周期状态和用户交互事件等。（高级功能，低版本设备不支持）
CPU时间轴：实时显示应用CPU使用率（百分比）和当前应用线程总数，以及其他进程CPU使用率
线程活动时间轴：列出应用所有线程和活动。
1. 绿色：线程处于活跃状态或正准备使用CPU（就绪）。
2. 黄色：线程处于活跃状态，正在等待I/O操作（磁盘或网络）。
3. 灰色：线程休眠，并且没有消耗CPU。例如访问不可用资源。

采样方式：

对Java方法采样：间隔一段时间捕获应用调用堆栈，比较捕获的数据集，推导应用Java方法执行时间和资源使用情况。
1. 如果一个方法在间隔期间执行完毕，则可能不会被记录。对于这种生命周期较短的方法，应使用插桩跟踪
跟踪Java方法：对每个Java方法调用开始和结束时记录时间戳。
1. 记录每个方法，会影响运行时性能，进而影响分析数据。另外也会造成生成文件过大。
对C/C++函数采样：捕获Native方法采样数据。
跟踪系统调用：基于systrace，记录应用和系统方法调用情况。
自定义配置

使用方式

点击Record开始跟踪
应用执行操作
点击Stop停止跟踪
自动打开分析窗格，也可以导出.trace跟踪文件

分析窗格

Top Down：展开方法的被调用方
- Self：方法本身执行时间
- Children：子方法执行时间
- Total：方法执行总时间
Bottom Up：展开方法的调用方
Call Chart：调用图。横轴是时间，纵轴是调用栈
- 橙色：系统方法
- 绿色：应用自身方法
- 蓝色：三方API方法（包括Java API）
Flame Chart：火焰图。将相同的调用栈汇总为较长的横条，横轴不代表时间轴，而是每个方法执行的相对时间
- 橙色：系统方法
- 黄色：三方API方法
- 米黄色：应用自身方法

系统调用跟踪分析窗格，Display部分会显示系统图形流水线信息

Frames：主线程和RenderThread时间，超出16ms会显示红色
SurfaceFlinger：SurfaceFinger处理帧缓冲区的时间，负责将缓冲区内容送到显示器
VSYNC：与显示流水线保持同步的信号
BufferQueue：显示缓冲队列有多少帧在等待SurfaceFlinger使用。值为2表示处于三重缓冲状态。

Memory Profiler

主界面

事件时间轴和实时已分配对象属于高级性能分析功能，低版本设备不支持。

Allocation Tracking采样方式：

Full：捕获内存中的所有对象分配。低版本AS中（Android Studio 3.2及以下）的默认行为。影响运行速度。
Sampled：定期对内存中的对象分配情况进行采样。默认选项，在进行性能剖析时对应用性能的影响较小。在短时间内分配大量对象的应用仍可能会表现出明显的速度减慢。
Off：停止跟踪应用的内存分配。

内存计算方式：

Java：Java或Kotlin对象大小
Native：C或C++对象大小
Graphics：图形BufferQueue内存大小
Stack：原生堆栈和Java堆栈大小，与线程数有关
Code：代码和资源（如Dex字节码、so库等）内存大小
Allocated：分配的Java/Kotlin对象数。不包含Native对象。

使用方式

查看内存使用量时间轴。
高版本（Android 8.0及以上）默认持续跟踪内存分配。低版本（Android 8.0以下）需要点击Record memory allocations按钮开始记录和停止记录。
执行操作
点击强制GC按钮进行垃圾回收
点击dump按钮捕获堆内存状态，生成hprof文件
查看内存具体分配情况，或者导出hprof文件

分析窗格

Class Name：类分配情况
Instance：实例分配情况
Instance Detail：实例的引用链和实例的成员变量

Allocations：分配的对象数
Depth：GC Root到对象实例的最短跳数
Native Size：对象在Native内存中的大小
Shallow Size：对象本身的大小
Retained Size：对象被释放掉后真正能够减少的大小，包括递归引用的对象。如果有多个对象引用同一个对象，则不会被计算进来。

Energy Profiler

比较少用到

Network Profiler

比较少用到

其他工具

Perfetto命令行工具

Android10引入的新一代分析工具，用于替代systrace工具。大文件打开比systrace快，能长时间跟踪，systrace记录短时间设备活动。

ftrace：收集内核Trace信息
atrace：收集用户态Trace信息
Java Heap Profiler：收集Java内存分配信息，Android11及以上
heapprofd：收集Native内存分配信息，Android10以上

Perfetto UI界面如下，很容易找到超出16ms的块，再进一步放大检查调用栈

Perfetto可以兼容显示Systrace界面：选择"Legacy UI"打开

System Tracing App

Android 9.0以上包含一个Sytem Tracing的系统应用，用于跟踪设备活动，生成Trace文件。可以直接在设备进行记录，再获取跟踪文件，无需通过adb连接到电脑。参考System Tracing App介绍

步骤如下：

打开System Tracing应用：【开发者选项>System Tracing】
开始记录：有两种方式
1. 打开"Record Trace"开关
2. 打开"Show Quick Settings Tile"开关，将图标添加到快捷设置面板中，点击快捷图标开启"记录系统Trace"。
应用执行操作
停止记录，会保存Trace文件
1. Android10及以上版本使用.perfetto-trace后缀保存（Perfetto格式，可以转换成Systrace格式，参考Trace conversion）
2. Android9以上版本使用.ctrace后缀保存（Systrace格式）
共享跟踪记录
1. 使用adb：adb pull /data/local/trace/ .
2. 使用Intent，通过电子邮件或其他应用共享给应用开发者
Perfetto UI中打开Trace文件分析