Android 中如何计算 App 的启动时间?

之前有人在知乎提问:“怎么计算apk的启动时间?” :

利用python或者直接用adb命令怎么计算apk的启动时间呢?就是计算从点击图标到apk完全启动所花费的时间。比如,对游戏来说就是点击游戏图标到进入到登录界面的这段时间。
已知的两种方法貌似可以获取,但是感觉结果不准确:一种是,adb shell am start -w packagename/activity,这个可以得到两个值,ThisTime和TotalTime,不知道两个有什么区别,而且与实际启动时间不匹配,两者相加都可能比实际启动时间小(测试游戏的时候差别更大);另外一种是通过adb logcat的方式,感觉获取的结果也与实际有差别。

我和另外一个同事郭启发 针对两个方面进行了回答,不过毕竟知乎上看的人会比较少,所以我在征得他的同意之后,将这两个答案整理了一下,记录到博客中,一来算是一个小的总结,之后自己看得时候比较方便,二来给需要的同学一个更加方便的途径。

1 应用启动场景

事实上 Android 中一个 App 的启动时间可以准确计算的.但是要分场景.也就是说要分开游戏和应用. 大家都知道,在Android中,游戏开发和应用开发是两码事.所以我们需要分开来说.

1.1 应用启动

我们平时在写应用的时候,一般会指定一个 mainActivity ,用户在桌面上点击这个 Activity 的时候,系统会直接起这个 Activity. 我们知道 Activity 在启动的时候会走 onCreate/onStart/onResume .这几个回调函数.

许多书里讲过,当执行完 onResume 函数之后,应用就显示出来了…其实这是一种不准确的说法,因为从系统层面来看,一个 Activity 走完 onCreate/onStart/onResume 这几个生命周期之后,只是完成了应用自身的一些配置,比如 window 的一些属性的设置/ View 树的建立(只是建立,并没有显示,也就是说只是调用了 inflate 而已) . 后面 ViewRootImpl 还会调用两次performTraversals ,初始化 Egl 以及 measure/layout/draw. 等.
所以我们定义一个 Android 应用的启动时间, 肯定不能在 Activity 的回调函数上下手.而是以用户在手机屏幕上看到你在 onCreate 的 setContentView 中设置的 layout 完全显示为准,也就是我们常说的应用第一帧.

上面扯得有点远,不感兴趣的话可以不看,下面直接说方法.
题主说的 adb shell am start -w packagename/activity,是可以完全应用的启动时间的.不过也要分场景.

1.2 应用第一次启动

也就是我们常说的冷启动,这时候你的应用程序的进程是没有创建的. 这也是大部分应用的使用场景.用户在桌面上点击你应用的 icon 之后,首先要创建进程,然后才启动 MainActivity.
这时候adb shell am start -w packagename/MainActivity 返回的结果,就是标准的应用程序的启动时间(注意 Android 5.0 之前的手机是没有 WaitTime 这个值的):

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➜ adb shell am start -W com.media.painter/com.media.painter.PainterMainActivity
Starting: Intent { act=android.intent.action.MAIN cat=[android.intent.category.LAUNCHER] cmp=com.media.painter/.PainterMainActivity }
Status: ok
Activity: com.media.painter/.PainterMainActivity
ThisTime: 355
TotalTime: 355
WaitTime: 365
Complete

总共返回了三个结果,我们以 WaitTime 为准.

关于ThisTime/TotalTime/WaitTime的区别,下面是其解释:

“adb shell am start -W ”的实现在 frameworks\base\cmds\am\src\com\android\commands\am\Am.java 文件中。其实就是跨Binder调用ActivityManagerService.startActivityAndWait() 接口(后面将ActivityManagerService简称为AMS),这个接口返回的结果包含上面打印的ThisTime、TotalTime时间.

ThisTime/TotalTime

  • startTime记录的刚准备调用startActivityAndWait()的时间点
  • endTime记录的是startActivityAndWait()函数调用返回的时间点
  • WaitTime = startActivityAndWait()调用耗时。

ThisTime、TotalTime 的计算在 frameworks\base\services\core\java\com\android\server\am\ActivityRecord.java 文件的 reportLaunchTimeLocked() 函数中。

curTime/displayStartTime/mLaunchStartTime

我们来解释下代码里curTime、displayStartTime、mLaunchStartTime三个时间变量.

  • curTime表示该函数调用的时间点.
  • displayStartTime表示一连串启动Activity中的最后一个Activity的启动时间点.
  • mLaunchStartTime表示一连串启动Activity中第一个Activity的启动时间点.

正常情况下点击桌面图标只启动一个有界面的 Activity,此时 displayStartTime 与mLaunchStartTime 便指向同一时间点,此时 ThisTime=TotalTime。另一种情况是点击桌面图标应用会先启动一个无界面的 Activity 做逻辑处理,接着又启动一个有界面的Activity,在这种启动一连串 Activity 的情况下(知乎的启动就是属于这种情况),displayStartTime 便指向最后一个 Activity 的开始启动时间点,mLaunchStartTime 指向第一个无界面Activity的开始启动时间点,此时 ThisTime!=TotalTime。这两种情况如下图:

curTime/displayStartTime/mLaunchStartTime

在上面的图中,我用①②③分别标注了三个时间段,在这三个时间段内分别干了什么事呢?

  • 在第①个时间段内,AMS 创建 ActivityRecord 记录块和选择合理的 Task、将当前Resume 的 Activity 进行 pause
  • 在第②个时间段内,启动进程、调用无界面 Activity 的 onCreate() 等、 pause/finish 无界面的 Activity
  • 在第③个时间段内,调用有界面 Activity 的 onCreate、onResume

看到这里应该清楚 ThisTime、TotalTime、WaitTime 三个时间的关系了吧:

  • WaitTime 就是总的耗时,包括前一个应用 Activity pause 的时间和新应用启动的时间;
  • ThisTime 表示一连串启动 Activity 的最后一个 Activity 的启动耗时;
  • TotalTime 表示新应用启动的耗时,包括新进程的启动和 Activity 的启动,但不包括前

一个应用 Activity pause 的耗时。也就是说,开发者一般只要关心 TotalTime 即可,这个时间才是自己应用真正启动的耗时。

Event log中 TAG=am_activity_launch_time 中的两个值分表表示 ThisTime、TotalTime,跟通过 “adb shell am start -W ” 得到的值是一致的。

最后再说下系统根据什么来判断应用启动结束。我们知道应用启动包括进程启动、走 Activity生命周期 onCreate/onResume 等。在第一次 onResume 时添加窗口到WMS中,然后measure/layout/draw,窗口绘制完成后通知 WMS,WMS 在合适的时机控制界面开始显示(夹杂了界面切换动画逻辑)。记住是窗口界面显示出来后,WMS 才调用reportLaunchTimeLocked() 通知 AMS Activity 启动完成。

最后总结一下,如果只关心某个应用自身启动耗时,参考TotalTime;如果关心系统启动应用耗时,参考WaitTime;如果关心应用有界面Activity启动耗时,参考ThisTime。

1.2 应用非第一次启动

如果是你按Back键,并没有将应用进程杀掉的话,那么执行上述命令就会快一些,因为不用创建进程了,只需要启动一个Activity即可。这也就是我们说的应用热启动。

2 游戏启动场景

游戏启动的话,就不适用用命令行的方法来启动了,因为从用户点击桌面图标到登录界面,既有系统的部分也有游戏自己的部分。

2.1 系统部分

游戏也有一个 Activity,所以启动的时候还是会去启动这个 Activity,所以系统启动部分也就是用户点击桌面桌面响应到这个Activity启动。

2.2 游戏部分

一般游戏的主 Activity 启动后,还会做一些比较耗时的事情,这时候你看到的界面是不能操作的,比如:加载游戏数据、联网更新数据、读取和更新配置文件、游戏引擎初始化等操作。从游戏开发的角度来看,到了真正用户能操作的界面才算是一个游戏真正加载完成的时间。
那么这个时间,就得使用 Log 来记录了,因为加载游戏数据、联网更新数据、读取和更新配置文件、游戏引擎初始化这些操作,都是游戏自己的逻辑,与系统无关,所以得由游戏自己定义加载完成的点。

对于游戏的启动时间,我们更倾向于计算从点击桌面图标用户可以与游戏进行交互这个时间段作为一个游戏的启动时间。

3 总结

计算机最让人着迷的一点就是其准确性,1+1 永远等于 2,启动耗时多久就是多久,每一次可能不一样,但每一次的时间都是这一次的准确时间。

不过每个公司由于对应用的定位不同,所以对应用启动的要求也不一样。比如有的做 ROM 的公司,其内置应用的启动时间一定是要非常快的,这样给用户的第一感觉就是快、流畅;互联网公司的 App 则不是很关心启动速度,大部分互联网公司的应用都有一个启动页,用来展示广告或者功能介绍之类的,然后才会进入到主界面。需求不一样,这么做也无可厚非,不过从消费者的角度来看,越早见到主界面当然越好。

所以在做一个 Android App 的时候,一定要记得将应用的启动时间作为一个性能指标,毕竟:

天下武功,唯快不破!

4 关于作者

文章里提到的我的同事郭启发,其

他对 Android Framework 研究很深,感兴趣的可以和他聊聊。

文章目录
  1. 1. 1 应用启动场景
    1. 1.1. 1.1 应用启动
    2. 1.2. 1.2 应用第一次启动
    3. 1.3. 1.2 应用非第一次启动
  2. 2. 2 游戏启动场景
    1. 2.1. 2.1 系统部分
    2. 2.2. 2.2 游戏部分
  3. 3. 3 总结
  4. 4. 4 关于作者
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