安卓 App 性能专项测试指标之 CPU 深度解析

指标背景

很多场景下我们去使用App，可能会碰到手机会出现发热发烫的现象。这是因为CPU使用率过高、CPU过于繁忙，会使得整个系统无法响应用户，整体性能降低，用户体验变得相当差，也容易引起ANR等等一系列问题。
Android性能指标CPU主要关注两点：

CPU总体使用率
应用程序CPU占用率

指标值获取

直接上干货，获取App CPU指标值的几种不同方式

读取Linux proc文件系统（精确、方便自动化集成）
使用外部第三方工具来辅助测试，比如：腾讯GT，网易Emagee等（其实这些工具的原理就是基于调用android系统底层的API完成），掌握adb或者第三方工具获取方法都可以。（精确，易获取，推荐）
Linux top命令（有误差，易获取）

proc文件获取方式

/proc文件系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间。它以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。用户和应用程序可以通过/proc得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。由于系统的信息，如进程，是动态改变的，所以用户或应用程序读取/proc目录中的文件时，/proc文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。
我们关注的安卓性能指标cpu总体使用率和应用程序cpu占用率主要与两个proc文件相关，分别是/proc/stat和/proc/进程id/stat文件.。
通过adb shell进入到手机内部shell模式，再通过cat /proc/stat 查看结果如下：

前面三行cpu cpu0 cpu1是我们需要关注的重点，cpu0、cpu1表示当前CPU的核心（双核），cpu为总的Jiffies，这里引入了Jiffies（时间片）的概念，Jiffies的介绍如下：

Jiffies 为Linux核心变数，是一个unsigned long类型的变量，它被用来记录系统自开机以来，已经过了多少tick。每发生一次timer interrupt，Jiffies变数会被加1

而上面每一列的数值含义如下：
user ：从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的jiffies ，不包含nice值为负进程；
nice ：从系统启动开始累计到当前时刻，nice值为负的进程所占用的jiffies；
system ：从系统启动开始累计到当前时刻，系统态的jiffies；
idle ：从系统启动开始累计到当前时刻，除硬盘IO等待时间以外其它等待的jiffies；
iowait ：从系统启动开始累计到当前时刻，硬盘IO等待的jiffies；
irq ：从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断的jiffies；
softirq ：从系统启动开始累计到当前时刻，软中断的jiffies。
总的Jiffies就是上面所有项加起来的总和。因此我们计算一段时间的CPU占用率的时候就可以使用：
total=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq
**cpu usage=[(user_end +sys_end+nice_end) - (user_begin + sys_begin+nice_begin)]/(total_end - total_begin)*100**

上述方法统计的是当前系统所有进程的CPU总和使用率
如果我们要统计某个App的使用率可以进入到/proc/进程id/stat目录，其中就有包含某进程的CPU信息
首先，我们需要查询到App的进程ID，以柠檬班App举例

其中的进程ID为1228，再查询stat文件信息：

在第14行、15行有记录当前进程的Jiffies信息
utime=448 该任务在用户态运行的时间，单位为jiffies
stime=2380 该任务在核心态运行的时间，单位为jiffies
所以当前进程的Jiffies计算方式为utime+stime
通过shell脚本获取的方式：
cat /proc/进程id/stat | awk -F " " '{print $14,$15}'
要计算出一段时间内该进程的CPU使用率信息即可通过：
utime+stime（当前时间点）-utime+stime（旧时间点）/ total cpu Jiffies

腾讯GT工具

不熟悉的同学可以进入到官网先去了解一番https://gt.qq.com/，这里贴出官方的介绍:

GT（随身调）是APP的随身调测平台，它是直接运行在手机上的“集成调测环境”(IDTE, Integrated Debug Environment)。利用GT，仅凭一部手机，无需连接电脑，您即可对APP进行快速的性能测试(CPU、内存、流量、电量、帧率/流畅度等等)、开发日志的查看、Crash日志查看、网络数据包的抓取、APP内部参数的调试、真机代码耗时统计等。

使用GT获取Jiffies指标步骤如下

测试完毕之后可以保存为csv格式的数据，用Excel工具打开查看即可

top命令获取CPU使用率

top命令是Linux下常用的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况，类似于Windows的任务管理器。top是一个动态显示过程,即可以通过用户按键来不断刷新当前状态。如果在前台执行该命令,它将独占前台,直到用户终止该程序为止。top命令提供了实时的对系统处理器的状态监视。
使用方式：
可查看占用cpu最高的前10个程序（-t 显示进程名称，-s 按指定行排序，-n 在退出前刷新几次，-d 刷新间隔，-m 显示最大数量）：top -m 10 -s cpu
如果你想筛选出你自己的应用的话可以用下面这一命令：
adb shell top -n 1| grep PackageName

问题分析及建议

如果APP某场景进行操作时出现发烫、卡顿、ANR现象时，可以怀疑出现CPU问题，一般解决思路如下：
如果已经导致ANR, 则去logcat文件里面搜索"ANR in" ，以及adb pull拉取trace文件。
没有导致ANR则基于以上方法获取到的CPU占用率，如果某场景的CPU占用率走势异常、峰值存在异常、均值大于基线，则可以利用traceview查看分析Trace文件，或者使用Android studio里面的Android Monitor根据Monitor中的CPU可以看出目前CPU明细使用，由开发负责定位解决。