启动优化：App启动分类与流程

目录

• app启动分类
• app启动时间统计
• app启动主要流程
• 问题
  1：App冷启动时间到底是如何计算、触发的？
  2：如何实时统计App冷启动时间？

---

app启动分类

• 冷启动
• 热启动
• 温启动

冷启动

• 定义：通过Launcher点击应用图标或者在第三方启动一个目标app，如果“App所运行的进程未创建，则需要先通过Zygote进程fork子进程，然后再执行Application的创建、根Activity的创建、根视图树的解析、绘制等操作”。
• 场景：
  • 设备启动以来首次启动应用程序。
  • 应用的进程被系统kill掉了，进程没有缓存在主存中。点击应用图标需要重新走一遍app启动的整体流程。

• 冷启动的事件组成：从整体看，冷启动过程主要分为“系统为启动app做准备”与“app进程启动完毕，继续后续的app进程内部操作”
  • 系统为启动app做准备
    • “加载并启动应用程序”：Launcher与SystemServer进程中的AMS通信过程。
    • “启动后立即显示应用程序的空白启动窗口”：AMS从Intent解析目标Activity,并根据Manifest注册的Activity生成ActivityRecord,把该ActivityRecord 添加到ActivityStack中。根据指定的Theme，显示其中定义的"预览窗口"。
    • “创建应用程序进程” ：AMS如果检测到app运行在的进程未创建，则需要调用AMS.startProcessLocked()通知Zygite fork子进程。
  • app进程内部操作
    • 启动主线程：app进程创建完毕后，会执行ActivityThread的main()用于启动app进程内的主线程。
    • 创建Application：app进程创建完毕，会在main()中执行其attach()，经过层层调用会调用ActivityThread的bindApplication:会向ActivityThread的Handler中发送一个BIND_APPLICATION消息。等Handler接收到消息之后，会执行ActivityThread的handleBindApplication()实例化Application并执行相应生命周期方法。
    • 创建根Activity：等Application对象初始化完毕之后，会调用ASS.realStartActivityLocked()，该方法内部经过层层调用会向ActivityThread中的Handler发送一个LAUNCH_ACTIVITY消息，然后进行目标Activity初始化以及执行其相应生命周期方法。
    • 解析视图树：一般的我们会在onCreate()中通过setContentView()方式设置要显示的 视图布局。该视图布局通过LayoutInflate进行inflate()并添加到DecorView中。
    • 布局屏幕：等添加完视图树后，会在ActivityThread的handleResumeActivity()执行WindowManager的addView()，该操作用来通知运行在SystemServer进程的WMS服务，用来“添加Window中设置的DecorView”。等添加View完毕，会执行WM的updateViewLayout()，该方法经过层层调用会从WindowManagerGlobal中找到与目标View绑定的ViewRootImpl，然后通过ViewRootImpl内部的“编舞(信号处理程序)”来注册用于接收“Vsync信号”，等接收到此信号后会执行performTraversals()，该方法内部会执行整棵视图树的measure、layout、draw操作。
    • 执行初始绘制

冷启动流程图

启动流程.jpg

热启动

• 定义：如果应用程序的进程仍然缓存在内存中，热启动只是 把后台进程切换至前台。
• 优点：热启动比冷启动过程简单且开销低。
  具体的：应用从后台切换至前台的操作，因为app还没被kill掉，application以及相应Activity没有被destory掉，这样就不会重新执行Activity的创建、初始化以及视图树的解析、measure、layout、draw操作。

---

app启动时间统计

• 通过系统log：

  • app启动过程中，会通过logcat打印一个包含"Displayed"的log信息。
    该信息包含的是：从初始化Activity组件、执行onCreate/onStart()/onResume()等相应生命周期方法、Activity组件设置的视图树第一次绘制到屏幕上之后，这3步所花费的时间。

  • 该log信息中必定会包含一个"Display Time"，可能包含一个"Total Time"。

    
    1.png
    2.png

  • Display-Time

    • 如果，app运行的进程已存在，则表示“启动目标Activity并首次完成视图树的绘制” 所花费的时间。该时间具体统计的是：

      • Create and initialize the activity.
      • Inflate the layout.
      • Draw your application for the first time.

    • 如果，app运行的进程还未创建，则表示“从launcher点击app开始，到相应Activity的layout首次绘制完毕”，该时间就是“Total-Time”统计的时间。具体的该时间统计的是以下事件花费的时间:

      • Launch the process.
      • Initialize the objects.
      • Create and initialize the activity.
      • Inflate the layout.
      • Draw your application for the first time.

  • Total-Time

    • 含义：“app启动完毕所花费的总时间。该时间大于等于Display-Time”。
    • 统计的事件：
      • Launch the process.
      • Initialize the objects.
      • Create and initialize the activity.
      • Inflate the layout.
      • Draw your application for the first time.**
    • 产生条件：

      1. 如果在app启动过程中，包括“另一个首先启动但未向屏幕显示任何内容的Activity()”，此时就会在log中打印出“Total-Time”。具体理解如下：

         1. 首先，启动的Activity不是最终要展示的Activity。
            好多应用的根Activity一般用于“闪屏显示”，等在这个页面显示一段广告或者其他内容之后才会跳转至“主页面”。
         2. 其次，无论此Activity是否通过setContentView()设置了要显示的视图树，只要“在一定时间内通过startActivity()跳转至app的“主页面”了(此处需要满足：在跳转之前，闪屏页的视图树还没来得及通过SurfaceFlinger显示在屏幕上)。

      2. 此时不会显示2行启动时间的log，只会显示一行关于“启动至主页”的时间log，且该log中会包含“Total-Time”。那么此时的“Total-Time”表示app启动完毕所花费的时间。 此时的“Display-Time”只是统计了：“主Activity创建以及第一次绘制完该Activity的视图树的时间”。

    • 如何让系统打印出此时间：
      就如“产生条件-1.2”中描述的那样 ，具体的可以：在onCreate()或者其他生命周期方法中启动那个最终要显示的Activity”，这样就会把“Total-Time”打印出来。
      3.jpg

• 通过adb shell脚本启动app
  这种方式获取的时间与 第一种方式 从logcat中获取的时间一致。
  

  time2.png

• Display/Total-Time是在哪统计的？
  具体的是通过ActivityRecord.reportLaunchTimeLocked()输出到logcat。

  • 源码：

private void reportLaunchTimeLocked(final long curTime) {
  //ActivityRecord记录的是“已经push到ActivityTask中的Activity信息”。
  //它是Activity栈中存储的数据的“基本元素”。
    final ActivityStack stack = getStack(); 
    if (stack == null) {
        return;
    }
    final long thisTime = curTime - displayStartTime;  
    final long totalTime = stack.mLaunchStartTime != 0 
 ? (curTime - stack.mLaunchStartTime) : thisTime;
    if (SHOW_ACTIVITY_START_TIME) {
        .......
        StringBuilder sb = service.mStringBuilder;
        sb.setLength(0);
        sb.append("Displayed ");
        sb.append(shortComponentName);
        sb.append(": ");
        TimeUtils.formatDuration(thisTime, sb);
        if (thisTime != totalTime) {
            sb.append(" (total ");
            TimeUtils.formatDuration(totalTime, sb);
            sb.append(")");
        }
        Log.i(TAG, sb.toString());
    }
    .......
}

• 参数说明:
  • curTime：传入的，用于标识“何时调用的该方法”。
  • displayStartTime：用于记录“启动当前Activity的时间点”。该变量会在ActivityTask.setLaunchTime()被赋值，而setLaunchTime()方法又是在ASS调用startSpecificActivitylocked()用于实际启动一个目标Activity内部被执行的。
  • stack.mLaunchStartTime：Activity栈中通过mLaunchStartTime记录根Activity的启动时间。
  • thisTime：表示“当前Activity从启动到第一帧绘制完毕的时间”。
  • totalTime：表示“app从创建进程至目标Activity启动到绘制完第一帧的时间”。
    该时间就是“目标app的冷启动时间”。
  • waitTime：表示总耗时(包括系统耗时+app启动总耗时)，是从“Launcher点击应用图标开始，到App启动结束”这段时间内的耗时。

总结：

1：thisTime：表示“当前Activity从启动到第一帧绘制完毕的时间”。
2：totalTime：表示“app从创建进程至栈顶Activity启动到绘制完第一帧的时间”。该时间就是“目标app的冷启动时间”。
3：如果启动的Activity不是栈顶Activity，且启动的Activity没有要显示的视图树，那么thisTime统计的时长是不等于totalTime统计的时长的。
3.1：此种情况下，thisTime只是统计的是“最后一个Activity也就是栈顶Activity”的启动到绘制完第一帧的时长。
3.2：如果最终启动的Activity就是栈顶Activity，也就是说“启动的是根Activity”此种情况下thisTime统计的时长与totalTime一致。
4：waitTime：表示“总耗时”，其中包括 系统创建app进程前的操作耗时+app启动总耗时。
5：waitTime、totalTime、thisTime 3者时长关系：waitTime>totalTime>=thisTime。
6：displat-time：logcat中输出的displatTime就是thisTime。
7：total-time：logcat中输出的totle就是totlaTime。

---

App启动主要流程(详细介绍请戳这里)

app启动流程总体上分为：

• 系统为启动app做准备(主要是Launcher进程与SystemServer进程交互)：

  1. 通过Intent解析待启动的根Activity组件。
  2. 创建一个新的Activity栈(TaskRecord)并把与该Activity对应的ActivityRecord压栈。
  3. 获得Activity组件中声明的theme并显示“预览窗口”。

• 创建App进程：

  1. AMS接收到Launcher发送的请求后，检测到app进程未创建。通过AMS.startProcessLocked()先向Zygote进程发送Socket请求创建子进程(IPC:SystemServer进程与Zygote进程通信)。
  2. Zygote接收到AMS发送的请求后，fork子进程、创建Binder线程池、初始化虚拟机。

• App进程内部操作：

  1. 启动主线程：Zygote进程启动完app进程后，App进程内部会执行ActivityThread的main()用来启动主线程、做一些初始化操作(IPC:Zygote进程与SystemServer通信用于fork子进程。main()中主要是做的ActivityThread的初始化操作，其中包括初始化ApplicationThread类型的属性“mAppThread”)。
  2. 创建Application：在main()内部初始化ActivityThread之后会执行其attach(),该方法内部经过层层调用最终会执行ActivityThread.bindApplication(),该方法会向ActivitThread中的H类型的Handler中发送一个BIND_APPLICATION消息，在接收到该消息后会，创建ContextImpl实例、实例化Application并执行Application的attach()，onCreate()等方法。
  3. 创建根Activity：执行ASS.realStartActivityLocked()，其内部会调用app进程的ApplicationThread类中的scheduleLaunchActivity()创建、启动Application(Application在第4步已经创建了，则此方法中不会再创建进而也不会执行Application的生命周期方法)、Activity，并执行相应生命周期方法。
  4. 添加以及绘制视图树到Window：app进程通过WindowManager的addView()通知AMS添加Window,并通过WindowManager的updateViewLayout()执行View树的meausre、layout、draw等操作。(addView()操作涉及到IPC,client端是app进程,SystemServer进程是服务端)。

---

问题

1：App冷启动时间到底是如何计算、触发的？

---

参考：

https://developer.android.com/topic/performance/vitals/launch-time
https://blog.csdn.net/qian520ao/article/details/81908505
https://www.androidperformance.com/2015/12/31/How-to-calculation-android-app-lunch-time/