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booster分析-线程优化&性能检测

本文继续分析booster的实现原理。

多线程优化 booster-transform-thread

对于这个组件官方是这样描述的: 对于开发者来说,线程管理一直是个头疼的问题,特别是第三方 SDK 中的线程,过多的线程可能会导致内存不足,然而幸运的是,这些问题都能通过 Booster 来解决。

那booster是如何解决的呢? 其实实现思路类似上一篇文章booster分析-修复系统bug。即通过gradle transform在编译时做字节码插桩,来实现代码的动态替换(整个booster框架大部分功能的实现都是这个原理)。

那么来看一下booster到底如何优化了多线程管理吧。

给线程设置名称,便于代码追踪和bug修复

一般一个比较成熟的应用在运行时后台都会有很多线程在跑,为了便于线程的管理。 booster在编译时强制给应用程序运行时的线程(不论是自己开启的还是三方库开启的)都起了一个名字。这样无论是bug的定位,还是线程的调试都方便了不少。

booster 在编译时通过修改字节码文件动态给HandlerThreadTimerAsyncTaskThreadThreadPoolExecutor等开启的线程都起了名字。

比如,所有的Threadstart()之前:

ThreadTransformer.java

private fun MethodInsnNode.transformInvokeVirtual(context: TransformContext, klass: ClassNode, method: MethodNode) {
    if (context.klassPool.get("java/lang/Thread").isAssignableFrom(this.owner)) {
        when ("${this.name}${this.desc}") {
            "start()V" -> {
                method.instructions.insertBefore(this, LdcInsnNode(makeThreadName(klass.className)))
                method.instructions.insertBefore(this, MethodInsnNode(Opcodes.INVOKESTATIC, SHADOW_THREAD, "setThreadName", "(Ljava/lang/Thread;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Thread;", false))
        
            }
        }
    }
}
复制代码

即在Thread.start()之前调用了ShadowThread.setThreadName():

public class ShadowThread {
     public static Thread setThreadName(final Thread t, final String prefix) {
        t.setName(makeThreadName(t.getName(), prefix));
        return t;
    }

    public static String makeThreadName(final String name, final String prefix) {
        return name == null ? prefix : (name.startsWith(MARK) ? name : (prefix + "#" + name));
    }

}
复制代码

举个例子:

class ThreadTest {

    private val TAG = "Booster-Thread"

    fun test(){
       Thread({
            Log.d(TAG, "thread name : ${Thread.currentThread().name}")
        }).start()

    }
}
复制代码

上面代码经过booster优化后log输入的线程名为:

D/Booster-Thread: thread name : ​com.susion.boostertest.thread.ThreadTest
复制代码

即线程的名字改为 : 包+类名, 而没有优化前名称是:

D/Booster-Thread: thread name : Thread-2
复制代码

经过booster优化后确实更容易识别线程了。 我们写多线程代码时还是给线程起个规范点的名字比较好

设置线程池的 allowCoreThreadTimeOut(true)

先来回顾一下线程池的构造函数:

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue)
复制代码

keepAliveTime参数是用来设置线程的超时时长,当线程的闲置时长超过这个时间时线程就会被回收,但是这个策略并不会应用在核心线程上。

但当对线程池设置allowCoreThreadTimeOut(true)时,核心线程也会被回收退出。

booster通过对字节码的动态替换,对应用中所有的线程池都设置了allowCoreThreadTimeOut(true), 这样可以保证线程资源及时回收, 比如:

ThreadTransformer.java

private fun MethodInsnNode.transformInvokeStatic(context: TransformContext, klass: ClassNode, method: MethodNode) {
    when (this.owner) {
        "java/util/concurrent/Executors" -> {
            when (this.name) {
                "newCachedThreadPool",
                "newFixedThreadPool",
                "newSingleThreadExecutor",
                "newSingleThreadScheduledExecutor",
                "newScheduledThreadPool" -> {
                    val r = this.desc.lastIndexOf(')')
                    val name = this.name.replace("new", "newOptimized")
                    val desc = "${this.desc.substring(0, r)}Ljava/lang/String;${this.desc.substring(r)}"

                    this.owner = “com/didiglobal/booster/instrument/ShadowExecutors”
                    this.name = name
                    this.desc = desc
                    method.instructions.insertBefore(this, LdcInsnNode(makeThreadName(klass.className)))
                }
            }
        }
    }
}
复制代码

即将Executors.newCachedThreadPool()等方法都替换为ShadowExecutors.newOptimizedXXX方法:

ShadowExecutors.java

public static ExecutorService newOptimizedCachedThreadPool() {
    final ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>(), Executors.defaultThreadFactory());
    executor.allowCoreThreadTimeOut(true);
    return executor;
}
复制代码

性能瓶颈检测 booster-transform-lint

这个组件通过编译时的lint检查来找出一些在应用中调用可能阻塞UI线程的API,如:I/O API 等。主要有两个特点:

  1. 支持自定义检查API列表。
  2. 对于查找到的有问题的API可以产生一张调用图便于查看与定位。

实现原理

指定检查方法

首先指定一些受检查的方法:

LintTransformer.java

class LintTransformer : ClassTransformer {

    override fun onPreTransform(context: TransformContext) {
        ...
        val parser = SAXParserFactory.newInstance().newSAXParser()
        context.artifacts.get(ArtifactManager.MERGED_MANIFESTS).forEach { manifest ->
            val handler = ComponentHandler()
            parser.parse(manifest, handler)
            // Attach component entry points to graph ROOT
            mapOf(
                Pair(handler.applications, APPLICATION_ENTRY_POINTS),
                Pair(handler.activities, ACTIVITY_ENTRY_POINTS),
                Pair(handler.services, SERVICE_ENTRY_POINTS),
                Pair(handler.receivers, RECEIVER_ENTRY_POINTS),
                Pair(handler.providers, PROVIDER_ENTRY_POINTS)
            ).forEach { components, entryPoints ->
                components.forEach { component ->
                    entryPoints.map {
                        CallGraph.Node(component.replace('.', '/'), it.name, it.desc)
                    }.forEach {
                        globalBuilder.addEdge(CallGraph.ROOT, it) // 所有的分析点
                    }
                }
            }
        }
    }
}
复制代码

它检查的方法有:

constant.kt

/**
 * Main/UI thread entry point of Application
 */
internal val APPLICATION_ENTRY_POINTS = arrayOf(
        "onConfigurationChanged(Landroid/content/res/Configuration;)V",
        "onCreate()V",
        "onLowMemory()V",
        "onTerminate()V",
        "onTrimMemory(I)V"
).map(EntryPoint.Companion::valueOf).toSet()

/**
 * Main/UI thread entry point of Activity
 */
internal val ACTIVITY_ENTRY_POINTS = arrayOf(
        // <editor-fold desc="public methods of Activity">
        "onActionModeFinished(Landroid/view/ActionMode;)V",
        "onActionModeStarted(Landroid/view/ActionMode;)V",
        "onActivityReenter(ILandroid/content/Intent;)V",
        "onAttachFragment(Landroid/app/Fragment;)V",
        "onAttachedToWindow()V",
....
复制代码

Aplication/Activity/Service/BroadcastReceiver/ContentProvider等相关API。

根据定义好的lint API列表来检查有没有调用敏感的API

  override fun onPostTransform(context: TransformContext) {
        val graph = globalBuilder.build()
        ...
        // Analyse global call graph and separate each chain to individual graph
        graph[CallGraph.ROOT].forEach { node ->
            graph.analyse(context, node, listOf(CallGraph.ROOT, node), lints) { chain ->
                val builder = graphBuilders.getOrPut(node.type) {
                    CallGraph.Builder().setTitle(node.type.replace('/', '.'))
                }
                chain.toEdges().forEach { edge ->
                    builder.addEdges(edge)
                }
            }
        }
  }
复制代码

analyse()用来检查当前API是否命中了Lint检查列表。如果命中就会加入到dot文件绘图节点中。

booster默认定义的敏感API有:

/**
 * Sensitive APIs
 */
internal val LINT_APIS = setOf(
        ...
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeFile(Ljava/lang/String;)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeFileDescriptor(Ljava/io/FileDescriptor;)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeFileDescriptor(Ljava/io/FileDescriptor;Landroid/graphics/Rect;Landroid/graphics/BitmapFactory\$Options;)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeResource(Landroid/content/res/Resources;I)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeResource(Landroid/content/res/Resources;ILandroid/graphics/BitmapFactory\$Options;)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeResourceStream(Landroid/content/res/Resources;Landroid/util/TypedValue;Ljava/io/InputStream;Landroid/graphics/Rect;Landroid/graphics/BitmapFactory\$Options;)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeStream(Ljava/io/InputStream;)Landroid/graphics/Bitmap;",
        "android/graphics/BitmapFactory.decodeStream(Ljava/io/InputStream;Landroid/graphics/Rect;Landroid/graphics/BitmapFactory\$Options;)Landroid/graphics/Bitmap;"
        // </editor-fold>
).map(Node.Companion::valueOf).toSet()
复制代码

即主要是一些可能导致主线程卡顿的API。

检测Demo

比如有下面这个类:

class LabThreadTestActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_lab_thread_test)

        val test1 = getSharedPreferences("default", Context.MODE_PRIVATE).edit().putBoolean("test",true).commit()
//        val test2 = getSharedPreferences("default", Context.MODE_PRIVATE).edit().putBoolean("test",true).apply()
    }
}
复制代码

经过booster-transform-lint检查后会生成com.susion.boostertest.thread.LabThreadTestActivity.dot文件。这个文件转为png图片如下:

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