性能优化<第九篇>：进程保活方案

作者: NoBugException | 来源:发表于2021-06-28 00:23 被阅读0次

为什么保证应用某些业务的正常运行，有时候必须要保证进程是存活的，但是目前所有的进程保活方案都不是绝对的，不管如何保活，进程总是存在一定的概率会被系统杀死。
本文将围绕进程保活方案展开详细讲解。

1、Android中的进程

一般情况下，一个应用只有一个进程，整个应用功能将由唯一的一个Application管理。
在清单文件AndroidManifest.xml中，声明了四大组件，分别是：Activity、Service、Receiver、Provider，它们都可以使用

android:process=":processName"

将组件分配到其它进程中执行。

所以，一个应用可以有多个进程，每个进程都分别管理着自己的Application实例。

在一个应用或者多个应用之间的进程可以相互通信，它们之间的通信由Android自带的IPC机制来完成，但是，想要通信，必须要保证进程活着，如果进程一旦被杀死，那么进程间通信的桥梁就会断开，从而无法通信。

为了业务的需要，进程保活方案迫在眉睫。

2、明确保活的切入点

Android系统将尽量长时间地保持应用进程，但为了新建进程或运行更重要的进程，需要清除旧进程来回收内存。为了确定保留或终止哪些进程，系统会对进程进行分类。需要时，系统会首先消除重要性最低的进程，然后是清除重要性稍低一级的进程，依此类推，以回收系统资源。

进程分为：前台进程、可见进程、服务进程、后台进程、空进程

前台进程：即当前正在前台运行的进程，说明用户当前正在与通过该进程与系统进行交互，所以该进程为最重要的进程，
除非系统的内容已经到不堪重负的情况，否则系统是不会将改进程终止的。

可见进程：一般还是显示在屏幕中，但是用户并没有直接与之进行交互，该进程对用户来说同样是非常重要的进程，
除非为了保证前台进程的正常运行，否则Android系统一般是不会将该进程终止的。

服务进程：便是拥有Service进程，该进程一般是在后台为用户服务的。一般情况下，Android系统是不会将其中断的，
除非系统的内容以及达到崩溃的边缘，必须通过释放该进程才能保证前台进程的正常运行时，才可能将其终止。

后台进程：一般对用户的作用不大，缺少该进程并不会影响用户对系统的体验。
所以如果系统需要终止某个进程才能保证系统正常运行，那么会有非常大的几率将该进程终止。

空进程：对用户没有任何作用的进程，该进程一般是为缓存机制服务的，当系统需要终止某个进程保证系统的正常服务时，会首先将该进程终止。

通过进程的概念，我们知道了进程是被系统杀死的，系统将通过某种机制将进程设置优先级，优先级低的进程最先会被杀死。

所以，进程保护方案的切入点是： 提高进程优先级，降低进程被杀死的概率

3、低内存管理机制

低内存管理机制是系统为了提高性能，选择性的杀死优先级较低的进程，英文是LowMemoryKiller，可以在系统日志中搜索到，简称LMK。

为什么要引入LMK？

进程的启动分冷启动和热启动，当用户退出某一个进程的时候，并不会真正的将进程退出，而是将这个进程放到后台，
以便下次启动的时候可以马上启动起来，这个过程名为热启动，这也是Android的设计理念之一。这个机制会带来一个问题，
每个进程都有自己独立的内存地址空间，随着应用打开数量的增多,系统已使用的内存越来越大，就很有可能导致系统内存不足。
为了解决这个问题，系统引入LowmemoryKiller(简称lmk)管理所有进程，根据一定策略来kill某个进程并释放占用的内存，保证系统的正常运行。

LMK基本原理？

所有应用进程都是从zygote孵化出来的，记录在AMS中mLruProcesses列表中，由AMS进行统一管理，
AMS中会根据进程的状态更新进程对应的oom_adj值，这个值会通过文件传递到kernel中去，kernel有个低内存回收机制，
在内存达到一定阀值时会触发清理oom_adj值高的进程腾出更多的内存空间

低内存阀值？

如果您的手机已经Root，并且支持LMK，那么可以使用如下命令查看您的低内存阀值：

adb shell
su
cat /sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree

如果minfree文件没有读取权限就给它一个权限：

    adb shell chmod 777 /sys/module/lowmemorykiller/parameters/minfree

可能会输出下列阈值，如下：

18432，23040，27648，32256，36864，46080

这些阀值可以配置，所以不同的手机，它们的值不一定一样。
Android将进程分成6个等级，和上面介绍的进程的分类较为类似，这6个等级分别是：
    前台进程（foreground）
    可见进程（visible）
    次要服务（secondary server）
    后台进程（hidden）
    内容供应节点（content provider）
    空进程（empty）

上面6个等级分别和6个阀值一一对应：
    前台进程               -->        18432 page = 73728KB    -->   72M
    可见进程               -->        23040 page = 92160KB    -->   90M
    次要服务               -->        27648 page = 110592KB    -->   108M
    后台进程               -->        32256 page = 129024KB    -->   126M
    内容供应节点           -->        36864 page = 147456KB    -->   144M
    空进程                 -->        46080 page = 184320KB    -->   180M

minfree的单位是page， 1 page = 4KB。

* 当可用内存小于180M时，系统会杀死空进程；
* 当可用内存小于144M时，系统会杀死内容供应节点进程；
* 当可用内存小于126M时，系统会杀死后台进程，后台进程较多，优先杀死adj值较高的进程；
* 当可用内存小于108M时，系统会杀死次要服务进程；
* 当可用内存小于90M时，系统会杀死可见进程；
* 当可用内存小于72M时，系统会直接杀死前台进程，前台进程比较敏感，给用户的感觉就是app直接闪退；

另外，进程的adj也有阀值，输入以下命令可以获取adj的阀值：

adb shell
su
cat /sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj

如果adj文件没有读取权限就给它一个权限：

    adb shell chmod 777 /sys/module/lowmemorykiller/parameters/adj

可能会输出下列阈值，如下：

0,58,117,176,529,1000

adj的阀值和低内存阀值一一对应：

前台进程               -->        18432 page = 73728KB    -->   72M    -->   adj（0）
可见进程               -->        23040 page = 92160KB    -->   90M    -->   adj（58）
次要服务               -->        27648 page = 110592KB    -->   108M    -->   adj（117）
后台进程               -->        32256 page = 129024KB    -->   126M    -->   adj（176）
内容供应节点           -->        36864 page = 147456KB    -->   144M    -->   adj（529）
空进程                 -->        46080 page = 184320KB    -->   180M    -->   adj（1000）

* 当可用内存小于180M时，系统会杀死adj大于等于1000的进程；
* 当可用内存小于144M时，系统会杀死adj大于等于529的进程；
* 当可用内存小于126M时，系统会杀死adj大于等于176的进程；
* 当可用内存小于108M时，系统会杀死adj大于等于117的进程；
* 当可用内存小于90M时，系统会杀死adj大于等于58的进程；
* 当可用内存小于72M时，系统会杀死adj大于等于0的进程；

其中，adj值越大，越优先被系统杀死；

进程的adj值？

系统为每个进程都分配了一个adj。

输入以下命令可以查看设备中所有的进程：

    adb shell
    ps

输入以下命令可以查看指定进程的adj值以及进程打分情况：
    adb shell
    su
    cat /proc/<pid>/oom_adj
    cat /proc/<pid>/oom_score
    cat /proc/<pid>/oom_score_adj

oom_adj是adj值，比如取值为0；（最低取值为-17）
oom_score是系统打分+用户打分，比如取值为23；（最低取值为0）
oom_score_adj是用户打分，比如取值为0；（最低取值为-1000）

Native进程，三者的取值分别为：-17、0、-1000，也就是说，Native进程无法被杀死。


oom_adj的取值范围是-17~16，进程的优先级通过进程的adj值来反映，它是linux内核分配给每个系统进程的一个值，进程回收机制根据这个值来决定是否进行回收。
oom_adj的值越小，进程的优先级越高。

oom_adj的取值对应表如下：

adj级别	值	说明
UNKNOWN_ADJ	16	预留的最低级别，一般对于缓存的进程才有可能设置成这个级别
CACHED_APP_MAX_ADJ	15	缓存进程，空进程，在内存不足的情况下就会优先被kill
CACHED_APP_MIN_ADJ	9	缓存进程，也就是空进程
SERVICE_B_ADJ	8	不活跃的进程
PREVIOUS_APP_ADJ	7	切换进程
HOME_APP_ADJ	6	与Home交互的进程
SERVICE_ADJ	5	有Service的进程
HEAVY_WEIGHT_APP_ADJ	4	高权重进程
BACKUP_APP_ADJ	3	正在备份的进程
PERCEPTIBLE_APP_ADJ	2	可感知的进程，比如那种播放音乐
VISIBLE_APP_ADJ	1	可见进程
FOREGROUND_APP_ADJ	0	前台进程
PERSISTENT_SERVICE_ADJ	-11	重要进程
PERSISTENT_PROC_ADJ	-12	核心进程
SYSTEM_ADJ	-16	系统进程
NATIVE_ADJ	-17	Native进程

现在打开Android模拟器，进程测试。

【第一步】 用AS检查当前进程ID

图片.png

在AS的Terminal中输入命令：

adb shell
su
cat /proc/6325/oom_adj

当前进程在前台时，ADJ值为0，如图：

图片.png

按Home键（或Recent键）将进程切入后台，ADJ值从0变成了11，如图：

图片.png

将进程从后台切换到前台，ADJ值又从11变成0；

4、保活方案一：一像素保活

方案？

监控手机锁屏解锁事件，在屏幕锁屏时启动1个像素透明的 Activity，在用户解锁时将 Activity 销毁掉，从而达到提高进程优先级的作用。

目的？

启动一个1像素的界面是为了Activity提权，将ADJ值变小。

代码实现？

1、创建1个像素的Activity

public class KeepActivity extends Activity {
    private static final String TAG = "KeepActivity";
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        Log.e(TAG,"启动Keep");
        Window window = getWindow();
        //设置这个activity在左上角
        window.setGravity(Gravity.START | Gravity.TOP);
        WindowManager.LayoutParams attributes = window.getAttributes();
        //宽高为1
        attributes.width = 1;
        attributes.height = 1;
        //起始位置左上角
        attributes.x = 0;
        attributes.y = 0;
        window.setAttributes(attributes);

        KeepManager.getInstance().setKeepActivity(this);
    }
}

Activity的主题：

<style name="KeepTheme">
    <item name="android:windowBackground">@null</item>
    <item name="android:windowIsTranslucent">true</item>
</style>

2、广播接收者

public class KeepReceiver extends BroadcastReceiver {
    private static final String TAG = "KeepReceiver";
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        String action = intent.getAction();
        Log.e(TAG, "receive:" + action);
        if (TextUtils.equals(action, Intent.ACTION_SCREEN_OFF)) {
            //灭屏 开启1px activity
            KeepManager.getInstance().startKeep(context);
        } else if (TextUtils.equals(action, Intent.ACTION_SCREEN_ON)) {
            //亮屏 关闭
            KeepManager.getInstance().finishKeep();
        }
    }
}

3、创建广播注册管理单例类

public class KeepManager {
    private static final KeepManager ourInstance = new KeepManager();

    public static KeepManager getInstance() {
        return ourInstance;
    }

    private KeepManager() {
    }
    private KeepReceiver keepReceiver;
    private WeakReference<Activity> mKeepActivity;
    /**
     * 注册
     * @param context
     */
    public void registerKeepReceiver(Context context){
        IntentFilter filter = new IntentFilter();
        filter.addAction(Intent.ACTION_SCREEN_OFF);
        filter.addAction(Intent.ACTION_SCREEN_ON);
        keepReceiver = new KeepReceiver();
        context.registerReceiver(keepReceiver, filter);
    }

    /**
     * 反注册
     * @param context
     */
    public void unRegisterKeepReceiver(Context context){
        if (null != keepReceiver) {
            context.unregisterReceiver(keepReceiver);
        }
    }

    /**
     * 启动1个像素的KeepActivity
     * @param context
     */
    public void startKeep(Context context) {
        Intent intent = new Intent(context, KeepActivity.class);
        intent.setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
        context.startActivity(intent);
    }

    /**
     * finish1个像素的KeepActivity
     */
    public void finishKeep() {
        if (null != mKeepActivity) {
            Activity activity = mKeepActivity.get();
            if (null != activity) {
                activity.finish();
            }
            mKeepActivity = null;
        }
    }

    public void setKeepActivity(KeepActivity mKeepActivity) {
        this.mKeepActivity = new WeakReference<Activity>(mKeepActivity);
    }
}

5、保活方案二：Service提权

1、创建一个前台服务用于提高app在按下home键之后的进程优先级；
2、Service限制

https://developer.android.google.cn/about/versions/oreo/background#services

startForeground(ID,Notification)：使Service成为前台Service。 前台服务需要在通知栏显示一条通知。


代码实现：

public class ForegroundService extends Service {
    @Nullable
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.O) {
            NotificationChannel channel = new NotificationChannel("service", "service",
                    NotificationManager.IMPORTANCE_LOW);
            NotificationManager manager = (NotificationManager) getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);
            if (manager == null)
                return;
            manager.createNotificationChannel(channel);

            Notification notification = new NotificationCompat.Builder(this, "service").setAutoCancel(true).setCategory(
                    Notification.CATEGORY_SERVICE).setOngoing(true).setPriority(
                    NotificationManager.IMPORTANCE_LOW).build();
            startForeground(10, notification);
        } else if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR2) {
            //如果 18 以上的设备 启动一个Service startForeground给相同的id
            //然后结束那个Service
            startForeground(10, new Notification());
            startService(new Intent(this, InnnerService.class));
        } else {
            startForeground(10, new Notification());
        }
    }

    public static class InnnerService extends Service {

        @Override
        public void onCreate() {
            super.onCreate();
            startForeground(10, new Notification());
            stopSelf();
        }

        @Nullable
        @Override
        public IBinder onBind(Intent intent) {
            return null;
        }
    }
}

6、保活方案三：广播拉活

在发生特定系统事件时，系统会发出广播，通过在 AndroidManifest 中静态注册对应的广播监听器，
即可在发生响应事件时拉活。但是从android 7.0开始，对广播进行了限制，而且在8.0更加严格。

https://developer.android.google.cn/about/versions/oreo/background.html#broadcasts

可静态注册广播列表

https://developer.android.google.cn/guide/components/broadcast-exceptions.html

7、保活方案四：“全家桶”拉活

有多个app在用户设备上安装，只要开启其中一个就可以将其他的app也拉活。
比如手机里装了手Q、QQ空间、兴趣部落等等，那么打开任意一个app后，其他的app也都会被唤醒。

8、保活方案五：Service机制(Sticky)拉活

将 Service 设置为 START_STICKY，利用系统机制在 Service 挂掉后自动拉活。

START_STICKY：“粘性”。如果service进程被kill掉，保留service的状态为开始状态，但不保留递送的intent对象。
随后系统会尝试重新创建service，由于服务状态为开始状态，所以创建服务后一定会调用onStartCommand(Intent,int,int)方法。
如果在此期间没有任何启动命令被传递到service，那么参数Intent将为null。

START_NOT_STICKY：“非粘性的”。使用这个返回值时，如果在执行完onStartCommand后，服务被异常kill掉，系统不会自动重启该服务。

START_REDELIVER_INTENT：重传Intent。使用这个返回值时，如果在执行完onStartCommand后，服务被异常kill掉，系统会自动重启该服务，
并将Intent的值传入。

START_STICKY_COMPATIBILITY：START_STICKY的兼容版本，但不保证服务被kill后一定能重启。

只要 targetSdkVersion 不小于5，就默认是 START_STICKY。
但是某些ROM 系统不会拉活。并且经过测试，Service 第一次被异常杀死后很快被重启，第二次会比第一次慢，第三次又会比前一次慢，
一旦在短时间内 Service 被杀死4-5次，则系统不再拉起。

代码实现如下：

public class StickyService extends Service {
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }
    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        return super.onStartCommand(intent, flags, startId);
    }
}


public @StartResult int onStartCommand(Intent intent, @StartArgFlags int flags, int startId) {
    onStart(intent, startId);
    return mStartCompatibility ? START_STICKY_COMPATIBILITY : START_STICKY;
}

性能优化<第九篇>：进程保活方案

1、Android中的进程

2、明确保活的切入点

3、低内存管理机制

4、保活方案一：一像素保活

5、保活方案二：Service提权

6、保活方案三：广播拉活

7、保活方案四：“全家桶”拉活

8、保活方案五：Service机制(Sticky)拉活

8、保活方案五：账户同步拉活

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