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Systrace 流畅性实战 3 :卡顿分析过程中的一些疑问

字数统计: 2.3k阅读时长: 8 min
2021/04/24

当我们说 流畅度 的时候,我们说的是什么?不同的人对流畅性(卡顿掉帧)有不同的理解,对卡顿阈值也有不同的感知,所以有必要在开始这个系列文章之前,先把涉及到的内容说清楚,防止出现不同的理解,也方便大家带着问题去看这几篇问题,下面是一些基本的说明

  1. 对手机用户来说,卡顿包含了很多场景,比如在 滑动列表的时候掉帧应用启动白屏过长点击电源键亮屏慢界面操作没有反应然后闪退点击图标没有响应窗口动画不连贯、滑动不跟手、重启手机进入桌面卡顿 等场景,这些场景跟我们开发人员所理解的卡顿还有点不一样,开发人员会更加细分去分析这些问题,这是开发人员和用户之间的一个认知差异,这一点在处理用户(或者测试人员)的问题反馈的时候尤其需要注意
  2. 对开发人员来说,上面的场景包括了 流畅度(滑动列表的时候掉帧、窗口动画不连贯、重启手机进入桌面卡顿)、响应速度(应用启动白屏过长、点击电源键亮屏慢、滑动不跟手)、稳定性(界面操作没有反应然后闪退、点击图标没有响应)这三个大的分类。之所以这么分类,是因为每一种分类都有不太一样的分析方法和步骤,快速分辨问题是属于哪一类很重要
  3. 在技术上来说,流畅度、响应速度、稳定性(ANR)这三类之所以用户感知都是卡顿,是因为这三类问题产生的原理是一致的,都是由于主线程的 Message 在执行任务的时候超时,根据不同的超时阈值来进行划分而已,所以要理解这些问题,需要对系统的一些基本的运行机制有一定的了解,本文会介绍一些基本的运行机制
  4. 流畅性这个系列主要是分析流畅度相关的问题,响应速度和稳定性会有专门的文章介绍,在理解了流畅性相关的内容之后,再去分析响应速度和稳定性问题会事半功倍
  5. 流畅性这个系列主要是讲如何使用 Systrace (Perfetto) 工具去分析,之所以 Systrace 为切入点,是因为影响流畅度的因素很多,有 App 自身的原因、也有系统的原因。而 (Perfetto) 工具可以从一个整机运行的角度来展示问题发生的过程,方便我们去初步定位问题

Systrace 流畅性实战目前包括下面三篇

  1. Systrace 流畅性实战 1 :了解卡顿原理
  2. Systrace 流畅性实战 2 :案例分析: MIUI 桌面滑动卡顿分析
  3. Systrace 流畅性实战 3 :卡顿分析过程中的一些疑问

Systrace (Perfetto) 工具的基本使用如果还不是很熟悉,那么需要优先去补一下 Systrace 基础知识系列

Systrace 的 Frame 颜色是什么意思?

这里的 Frame 标记指的是应用主线程上面那个圈,共有三个颜色,每一帧的耗时不同,则标识的颜色不同

点击这个小圆圈就可以看到这一帧所对应的主线程+渲染线程(会以高亮显示,其他的则变灰显示)

绿帧

绿帧是最常见的帧,表示这一帧在一个 Vsync 周期里面完成

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黄帧

黄帧表示这一帧耗时超过1个 Vsync 周期,但是小于 2 个 Vsync 周期。黄帧的出现表示这一帧可能存在性能问题,可能会导致卡顿情况出现

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红帧

红帧表示这一帧耗时超过 2 个 Vsync 周期,红帧的出现表示这一帧可能存在性能问题,大概率会导致卡顿情况出现

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没有红帧就没有掉帧?

不一定,判断是否掉帧要看 SurfaceFlinger,而不是看 App ,这部分需要有 https://www.androidperformance.com/2019/12/15/Android-Systrace-Triple-Buffer/ 这篇文章的基础

出现黄帧但是不掉帧的情况

如上所述,红帧和黄帧都表示这一帧存在性能问题,黄帧表示这一帧耗时超过一个 Vsync 周期,但是由于 Android Triple Buffer(现在的高帧率手机会配置更多的 Buffer)的存在,就算 App 主线程这一帧超过一个 Vsync 周期,也会由于多 Buffer 的缓冲,使得这一帧并不会出现掉帧

出现黄帧且掉帧的情况

这次分析的 Systrace(见附件),就是没有红帧只有黄帧,连续出现两个黄帧,第一个黄帧导致了卡顿,而第二个黄帧则没有

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主线程为何要等待渲染线程?

还是这个 Systrace(附件) 中的情况,第一个疑点处两个黄帧,可以看到第二个黄帧的主线程耗时很久,这时候不能单纯以为是主线程的问题(因为是 Sleep 状态)

如下图所示,是因为前一帧的渲染线程超时,导致这一帧的渲染线程任务在排队等待,如(https://www.androidperformance.com/2019/11/06/Android-Systrace-MainThread-And-RenderThread/)这篇文章里面的流程,主线程是需要等待渲染线程执行完 syncFrameState 之后 unblockMainThread,然后才能继续。

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为什么一直滑动不松手,就不会卡?

还是这个场景(桌面左右滑动),卡顿是发生在松手之后的,如果一直不松手,那么就不会出现卡顿,这是为什么?

如下图,可以看到,如果不松手,cpu 这里会有一个持续的 Boost,且此时 RenderThread 的任务都跑在 4-6 这三个大核上面,没有跑到小核,自然也不会出现卡顿情况

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这一段 Boost 的 Timeout 是 120 ms,具体的配置每个机型都不一样,熟悉 PerfLock 的应该知道,这里就不多说了

如果不卡,怎么衡量性能好坏?

如果这个场景不卡,那么我们怎么衡量两台不同的机器在这个场景下的性能呢?

可以使用 adb shell dumpsys gfxinfo ,使用方法如下

  1. 首先确定要测试的包名,到 App 界面准备好操作
  2. 执行2-3次 adb shell dumpsys gfxinfo com.miui.home framestats reset ,这一步的目的是清除历数据
  3. 开始操作(比如使用命令行左右滑动,或者自己用手指滑动)
  4. 操作结束后,执行 adb shell dumpsys gfxinfo com.miui.home framestats 这时候会有一堆数据输出,我们只需要关注其中的一部分数据即可
  5. 重点关注
    1. Janky frames :超过 Vsync 周期的 Frame,不一定出现卡顿
    2. 95th percentile :95% 的值
    3. HISTOGRAM : 原始数值
    4. PROFILEDATA :每一帧的详细原始数据

我们拿这个场景,跟 Oppo Reno 5 来做对比,只取我们关注的一部分数据

小米 - 90 fps

xiaomi

Oppo - 90 fps

oppo

下面是一些对比,可以看到小米在桌面滑动这个场景,性能是要弱于 Oppo 的

  1. Janky frames
    1. 小米:27 (35.53%)
    2. Oppo:1 (1.11%)
  2. 95th percentile
    1. 小米:18ms
    2. Oppo:5ms

另外 GPU 的数据也比较有趣,小米的高通 865 配的 GPU 要比 Reno 5 Pro 配的 GPU 要强很多,所以 GPU 的数据小米要比 Reno 5 Pro 要好,也可以推断出这个场景的瓶颈在 CPU 而不是在 GPU

为什么录屏看不出来卡顿?

可能有下面几种情况

  1. 如果使用的手机是大于 60 fps 的,比如小米这个是 90 fps,而录屏的时候选择 60 fps 的录屏,则录屏文件会看不出来卡顿 (使用其他手机录像也会有这个问题)
  2. 如果录屏是以高帧率(90fps)录制的,但是播放的时候是使用低帧率(60fps)的设备观看的(小米就是这个情况),也不会看出来卡顿,比如用 90 fps 的规格录制视频,但是在手机上播放的时候,系统会自动切换到 60 fps, 导致看不出来卡顿

系列文章

  1. Systrace 流畅性实战 1 :了解卡顿原理
  2. Systrace 流畅性实战 2 :案例分析: MIUI 桌面滑动卡顿分析
  3. Systrace 流畅性实战 3 :卡顿分析过程中的一些疑问

附件

附件已经上传到了 Github 上,可以自行下载:https://github.com/Gracker/SystraceForBlog/tree/master/Android_Systrace_Smooth_In_Action

  1. xiaomi_launcher.zip : 桌面滑动卡顿的 Systrace 文件,这次案例主要是分析这个 Systrace 文件
  2. xiaomi_launcher_scroll_all_the_time.zip : 桌面一直按着滑动的 Systrace 文件
  3. oppo_launcher_scroll.zip :对比文件

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CATALOG
  1. 1. Systrace 的 Frame 颜色是什么意思?
    1. 1.1. 绿帧
    2. 1.2. 黄帧
    3. 1.3. 红帧
  2. 2. 没有红帧就没有掉帧?
    1. 2.1. 出现黄帧但是不掉帧的情况
    2. 2.2. 出现黄帧且掉帧的情况
  3. 3. 主线程为何要等待渲染线程?
  4. 4. 为什么一直滑动不松手,就不会卡?
  5. 5. 如果不卡,怎么衡量性能好坏?
    1. 5.1. 小米 - 90 fps
    2. 5.2. Oppo - 90 fps
  6. 6. 为什么录屏看不出来卡顿?
  7. 7. 系列文章
  8. 8. 附件
  9. 9. 关于我 && 博客