Android性能调优利器StrictMode的示例分析
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什么是StrictMode
StrictMode意思为严格模式，是用来检测程序中违例情况的开发者工具。最常用的场景就是检测主线程中本地磁盘和网络读写等耗时的操作。
严在哪里
既然叫做严格模式，那么又严格在哪些地方呢？
在Android中，主线程，也就是UI线程，除了负责处理UI相关的操作外，还可以执行文件读取或者数据库读写操作（从Android 4.0 开始，网络操作禁止在主线程中执行，否则会抛出NetworkOnMainThreadException）。使用严格模式，系统检测出主线程违例的情况会做出相应的反应，如日志打印，弹出对话框亦或者崩溃等。换言之，严格模式会将应用的违例细节暴露给开发者方便优化与改善。
具体能检测什么
严格模式主要检测两大问题，一个是线程策略，即TreadPolicy，另一个是VM策略，即VmPolicy。
ThreadPolicy
线程策略检测的内容有
自定义的耗时调用 使用detectCustomSlowCalls()开启
磁盘读取操作 使用detectDiskReads()开启
磁盘写入操作 使用detectDiskWrites()开启
网络操作 使用detectNetwork()开启
VmPolicy
虚拟机策略检测的内容有
Activity泄露 使用detectActivityLeaks()开启
未关闭的Closable对象泄露 使用detectLeakedClosableObjects()开启
泄露的Sqlite对象 使用detectLeakedSqlLiteObjects()开启
检测实例数量 使用setClassInstanceLimit()开启
工作原理
其实StrictMode实现原理也比较简单，以IO操作为例，主要是通过在open，read，write，close时进行监控。libcore.io.BlockGuardOs文件就是监控的地方。以open为例，如下进行监控。
@Override
public FileDescriptor open(String path, int flags, int mode) throws ErrnoException {
BlockGuard.getThreadPolicy().onReadFromDisk();
if ((mode & O_ACCMODE) != O_RDONLY) {
BlockGuard.getThreadPolicy().onWriteToDisk();
}
return os.open(path, flags, mode);
}其中onReadFromDisk()方法的实现，代码位于StrictMode.java中。
public void onReadFromDisk() {
if ((mPolicyMask & DETECT_DISK_READ) == 0) {
return;
}
if (tooManyViolationsThisLoop()) {
return;
}
BlockGuard.BlockGuardPolicyException e = new StrictModeDiskReadViolation(mPolicyMask);
e.fillInStackTrace();
startHandlingViolationException(e);
}如何使用
关于StrictMode如何使用，最重要的就是如何启用严格模式。
放在哪里
严格模式的开启可以放在Application或者Activity以及其他组件的onCreate方法。为了更好地分析应用中的问题，建议放在Application的onCreate方法中。
简单启用
以下的代码启用全部的ThreadPolicy和VmPolicy违例检测
if (IS_DEBUG && Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.GINGERBREAD) {
StrictMode.setThreadPolicy(new StrictMode.ThreadPolicy.Builder().detectAll().penaltyLog().build());
StrictMode.setVmPolicy(new VmPolicy.Builder().detectAll().penaltyLog().build());
}严格模式需要在debug模式开启，不要在release版本中启用。
同时，严格模式自API 9 开始引入，某些API方法也从 API 11 引入。使用时应该注意 API 级别。
如有需要，也可以开启部分的严格模式。
查看结果
严格模式有很多种报告违例的形式，但是想要分析具体违例情况，还是需要查看日志，终端下过滤StrictMode就能得到违例的具体stacktrace信息。
adb logcat | grep StrictMode
解决违例
如果是主线程中出现文件读写违例，建议使用工作线程（必要时结合Handler）完成。
如果是对SharedPreferences写入操作，在API 9 以上 建议优先调用apply而非commit。
如果是存在未关闭的Closable对象，根据对应的stacktrace进行关闭。
如果是SQLite对象泄露，根据对应的stacktrace进行释放。
举个例子
以主线程中的文件写入为例，引起违例警告的代码
public void writeToExternalStorage() {
File externalStorage = Environment.getExternalStorageDirectory();
File destFile = new File(externalStorage, "dest.txt");
try {
OutputStream output = new FileOutputStream(destFile, true);
output.write("droidyue.com".getBytes());
output.flush();
output.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}引起的警告为
D/StrictMode( 9730): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$StrictModeDiskReadViolation: policy=31 violation=2 D/StrictMode( 9730): at android.os.StrictMode$AndroidBlockGuardPolicy.onReadFromDisk(StrictMode.java:1176) D/StrictMode( 9730): at libcore.io.BlockGuardOs.open(BlockGuardOs.java:106) D/StrictMode( 9730): at libcore.io.IoBridge.open(IoBridge.java:390) D/StrictMode( 9730): at java.io.FileOutputStream.(FileOutputStream.java:88) D/StrictMode( 9730): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.writeToExternalStorage(MainActivity.java:56) D/StrictMode( 9730): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:30) D/StrictMode( 9730): at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:4543)
因为上述属于主线程中的IO违例，解决方法就是讲写入操作放入工作线程。
public void writeToExternalStorage() {
new Thread() {
@Override
public void run() {
super.run();
File externalStorage = Environment.getExternalStorageDirectory();
File destFile = new File(externalStorage, "dest.txt");
try {
OutputStream output = new FileOutputStream(destFile, true);
output.write("droidyue.com".getBytes());
output.flush();
output.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}.start();
}然而这并非完善，因为OutputStream.write方法可能抛出IOException，导致存在OutputStream对象未关闭的情况，仍然需要改进避免出现Closable对象未关闭的违例。改进如下
public void writeToExternalStorage() {
new Thread() {
@Override
public void run() {
super.run();
File externalStorage = Environment.getExternalStorageDirectory();
File destFile = new File(externalStorage, "dest.txt");
OutputStream output = null;
try {
output = new FileOutputStream(destFile, true);
output.write("droidyue.com".getBytes());
output.flush();
output.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (null != output) {
try {
output.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}.start();
}检测内存泄露
通常情况下，检测内存泄露，我们需要使用MAT对heap dump 文件进行分析，这种操作不困难，但也不容易。使用严格模式，只需要过滤日志就能发现内存泄露。
这里以Activity为例说明，首先我们需要开启对检测Activity泄露的违例检测。使用上面的detectAll或者detectActivityLeaks()均可。其次写一段能够产生Activity泄露的代码。
public class LeakyActivity extends Activity{
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
MyApplication.sLeakyActivities.add(this);
}
}MyApplication中关于sLeakyActivities的部分实现
public class MyApplication extends Application {
public static final boolean IS_DEBUG = true;
public static ArrayList sLeakyActivities = new ArrayList();
} 当我们反复进入LeakyActivity再退出，过滤StrictMode就会得到这样的日志
E/StrictMode( 2622): class com.example.strictmodedemo.LeakyActivity; instances=2; limit=1 E/StrictMode( 2622): android.os.StrictMode$InstanceCountViolation: class com.example.strictmodedemo.LeakyActivity; instances=2; limit=1 E/StrictMode( 2622): at android.os.StrictMode.setClassInstanceLimit(StrictMode.java:1)
分析日志，LeakyActivity本应该是只存在一份实例，但现在出现了2个，说明LeakyActivity发生了内存泄露。
严格模式除了可以检测Activity的内存泄露之外，还能自定义检测类的实例泄露。从API 11 开始，系统提供的这个方法可以实现我们的需求。
public StrictMode.VmPolicy.Builder setClassInstanceLimit (Class klass, int instanceLimit)
举个栗子，比如一个浏览器中只允许存在一个SearchBox实例，我们就可以这样设置已检测SearchBox实例的泄露
StrictMode.setVmPolicy(new VmPolicy.Builder().setClassInstanceLimit(SearchBox.class, 1).penaltyLog().build());
noteSlowCall
StrictMode从 API 11开始允许开发者自定义一些耗时调用违例，这种自定义适用于自定义的任务执行类中，比如我们有一个进行任务处理的类，为TaskExecutor。
public class TaskExecutor {
public void execute(Runnable task) {
task.run();
}
}先需要跟踪每个任务的耗时情况，如果大于500毫秒需要提示给开发者，noteSlowCall就可以实现这个功能，如下修改代码
public class TaskExecutor {
private static long SLOW_CALL_THRESHOLD = 500;
public void executeTask(Runnable task) {
long startTime = SystemClock.uptimeMillis();
task.run();
long cost = SystemClock.uptimeMillis() - startTime;
if (cost > SLOW_CALL_THRESHOLD) {
StrictMode.noteSlowCall("slowCall cost=" + cost);
}
}
}执行一个耗时2000毫秒的任务
TaskExecutor executor = new TaskExecutor();
executor.executeTask(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});得到的违例日志，注意其中~duration=20 ms并非耗时任务的执行时间，而我们的自定义信息msg=slowCall cost=2000才包含了真正的耗时。
D/StrictMode(23890): StrictMode policy violation; ~duration=20 ms: android.os.StrictMode$StrictModeCustomViolation: policy=31 violation=8 msg=slowCall cost=2000 D/StrictMode(23890): at android.os.StrictMode$AndroidBlockGuardPolicy.onCustomSlowCall(StrictMode.java:1163) D/StrictMode(23890): at android.os.StrictMode.noteSlowCall(StrictMode.java:1974) D/StrictMode(23890): at com.example.strictmodedemo.TaskExecutor.executeTask(TaskExecutor.java:17) D/StrictMode(23890): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:36) D/StrictMode(23890): at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:4543) D/StrictMode(23890): at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1071) D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2158) D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2237) D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.access$600(ActivityThread.java:139) D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1262) D/StrictMode(23890): at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:99) D/StrictMode(23890): at android.os.Looper.loop(Looper.java:156) D/StrictMode(23890): at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:5005) D/StrictMode(23890): at java.lang.reflect.Method.invokeNative(Native Method) D/StrictMode(23890): at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:511) D/StrictMode(23890): at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:784) D/StrictMode(23890): at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:551) D/StrictMode(23890): at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)
其他技巧
除了通过日志查看之外，我们也可以在开发者选项中开启严格模式，开启之后，如果主线程中有执行时间长的操作，屏幕则会闪烁，这是一个更加直接的方法。
问题来了
日志的时间靠谱么
在下面的过滤日志中，我们看到下面的一个IO操作要消耗31毫秒，这是真的么
D/StrictMode( 2921): StrictMode policy violation; ~duration=31 ms: android.os.StrictMode$StrictModeDiskReadViolation: policy=31 violation=2 D/StrictMode( 2921): at android.os.StrictMode$AndroidBlockGuardPolicy.onReadFromDisk(StrictMode.java:1176) D/StrictMode( 2921): at libcore.io.BlockGuardOs.read(BlockGuardOs.java:148) D/StrictMode( 2921): at libcore.io.IoBridge.read(IoBridge.java:422) D/StrictMode( 2921): at java.io.FileInputStream.read(FileInputStream.java:179) D/StrictMode( 2921): at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:244) D/StrictMode( 2921): at java.io.BufferedReader.fillBuf(BufferedReader.java:130) D/StrictMode( 2921): at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:354) D/StrictMode( 2921): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.testReadContentOfFile(MainActivity.java:65) D/StrictMode( 2921): at com.example.strictmodedemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:28) D/StrictMode( 2921): at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:4543)
从上面的stacktrace可以看出testReadContentOfFile方法中包含了文件读取IO操作，至于是否为31毫秒，我们可以利用秒表的原理计算一下，即在方法调用的地方如下记录
long startTime = System.currentTimeMillis(); testReadContentOfFile(); long cost = System.currentTimeMillis() - startTime; Log.d(LOGTAG, "cost = " + cost);
得到的日志中上述操作耗时9毫秒，非31毫秒。
D/MainActivity(20996): cost = 9
注：通常情况下StrictMode给出的耗时相对实际情况偏高，并不是真正的耗时数据。
注意
在线上环境即Release版本不建议开启严格模式。
严格模式无法监控JNI中的磁盘IO和网络请求。
应用中并非需要解决全部的违例情况，比如有些IO操作必须在主线程中进行。
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