一、基本概念
Android系统每隔16ms发出VSYNC信号，触发对UI进行渲染，如果每次渲染都成功，这样就能够达到流畅的画面所需要的60fps，这也意味着程序的大多数操作都必须在16ms内完成。如果无法完成，则发生丢帧，上一帧画面被重复显示，造成卡顿的视觉。
从整个视图渲染流程看：
Surfaceflinger由init启动的独立进程，提供合成视图的系统服务。如果Surfaceflinger挂掉，会重启zygote。
在Surfaceflinger的init方法中，实例化了HWComposer和两个EventThread。
HWComposer：负责输出硬件产生或软件模拟的Vsync信号。
EventThread：负责分发vsync到Choreographer和SurfaceFlinger。其中mEventThread对应Choreographer；而mSFEventThread：对应SurfaceFlinger。
VSYNC信号主要的两个订阅者：SurfaceFlinger 和 Choreographer。
SurfaceFlinger：接收信号执行合成Layer流程。
Choreographer：接收信号来控制同步处理输入(Input)、动画(Animation)、绘制(Draw)三个UI操作。
Choreographer通知应用层绘制、SurfaceFlinger负责合成视图、两者之前加上了一定的offset，这样能保证两者步调一致。
在这个过程中，CPU负责把视图加工为多边形和纹理。GPU负责把多边形和纹理做栅格化处理，成为送显的像素数据。
二、造成卡顿的原因
应用层面：
1 视图层面的问题
包括layout层级太深View太多、View太复杂、重复绘制、ListView没优化、动画设计不合理等等。
这是遇到卡顿问题首先需要排查的，部分问题可以通过开发阶段的coding规范来避免的。
1）layout层级太深View太多：可以通过Lint来检测，优化：通过合理容器的使用，优先减少层级，其次减少View数目，能重用的尽量重用。
2）View太复杂：如果是自定义View，那还是从视图太深、View太多两个层面来考虑优化。如果是成熟的View：比如WebView、VideoView这种重量级的View，尽量复用和管理好生命周期。
3）重复绘制：通过Settings中打开GPU过度绘制 & GPU呈现模式可以了解当前视图层级关系，当然这部分与前面两点也是分不开的，最基本的要注意移除xml中非必须背景。
4）ListView优化，这部分主要是convertView的复用，能减少View的创建；ViewHolder的使用，减少View的find和赋值，加快加载速度；分页加载：控制一次加载的数据量，这样加载速度会快，内存压力也相对小。
5）动画：合理设计动画，能不用帧动画尽量不用，因为图片比较占内存，尤其是数量多的时候。另外针对属性动画，同一个view的一系列动画，可以使用Keyframe+PropertyValuesHolder组合方式达到只使用一个ObjectAnimator，多个view的动画用AnimatorSet进行动画组合和排序。
2 消息相关耗时
我们都知道，耗时操作放到子线程做，通过handle返回主线程更新UI。但是消息本身也是会耗时的，主要分两方面：1)消息本身执行耗时, 2)消息执行被delay。消息本身执行耗时那就是主线程耗时，消息执行被delay，在messageQueue中，由于之前的Message太多或者执行时间过长，导致当前需更新UI的操作得不到及时处理，尤其是16.6ms硬性标准下，一旦delay必然丢帧。
3 主线程耗时
这部分我要说的并不是在主线程做耗时操作了，而是站在CPU调度的角度来看耗时问题，也就是说，比如主线程有500ms的耗时，要么Running了多久，是否存在Sleeping和Uninterruptible sleep等状态，这段时间内CPU被抢占了压根就没腾出功夫来执行你这操作。如果有现场的话，通过抓systrace能比较明显看出来。
4 Input事件本身耗时
在Android整个Input体系中有三个重要的成员：Eventhub，InputReader，InputDispatcher。它们分别担负着各自不同的职责，Eventhub负责监听/dev/input产生Input事件，InputReader负责从Eventhub读取事件，并将读取的事件发给InputDispatcher，InputDispatcher则根据实际的需要具体分发给当前手机获得焦点实际的Window，最终交给ActivityThread通过消息来处理。
系统角度：
InputDispatcher分发事件给Window这个过程是跨进程通信，获取对应window本身可能存在耗时。
应用角度：
客户端接收事件的消息本身又可能存在耗时和delay的情况，这又回到消息耗时的范畴了。
5 持锁耗时
这属于业务逻辑层面的问题，最简单的就是主线程死锁，亦或是主线程在等锁，然后当前锁被其他线程持有在做耗时操作等等。
6 频繁GC
我们知道，执行GC操作的时候，所有线程的任何操作都会需要暂停，等待GC操作完成之后，其他操作才能够继续运行。通常来说，单个的GC并不会占用太多时间，但是大量不停的GC操作则会显著占用帧间隔时间(16ms)。如果在帧间隔时间里面做了过多的GC操作，那么自然其他类似计算，渲染等操作的可用时间就变得少了。
导致GC频繁执行有两个原因：
1）内存抖动，在memory monitor里能很明显看出来，短时间内创建大量对象然后又迅速被释放。
比如：在一个方法里for循环拼接String。会产生大量废弃的String对象，短时间内又会被回收，所以容易造成抖动，可以用StringBuilder/StringBuffer来替代，它们实现是动态数组，初始长度128，不够用了通过arraycopy来增加长度。对象统一管理，不会短时间内造成短时间内大量创建和销毁的问题，同时append与+相比更安全。
String：适用于少量的字符串操作的情况
StringBuilder：适用于单线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况
StringBuffer：适用多线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况
2）瞬间产生大量的对象会严重占用Young Generation的内存区域，当达到阀值，剩余空间不够的时候，也会触发GC。即使每次分配的对象占用了很少的内存，但是他们叠加在一起会增加Heap的压力，从而触发更多其他类型的GC。这个操作有可能会影响到帧率，并使得用户感知到性能问题。
系统层面：
1 内存原因
在系统内存非常低的情况下，常规经验是：MemAvailable 低于MemTotal 1/10的情况下，容易出现内存引起的卡顿，原因无非就是在内存低的情况下内核在分配内存时，很难从物理内存（伙伴系统）直接拿到合适大小的页面，此时会触发回收操作，如内存整理（compact）、回收匿名页（swap）、回收文件页（dirty=回写，clean=丢弃）等操作。这些回收操作较慢，因此耗时。这个过程主要体现在新启一个应用，zygote fork进程申请内存的时候。
2 系统服务持锁耗时
应用binder call请求系统服务，一般来说，系统服务如AMS、WMS对应的方法,一上来先不管三七二十一，就是一把大锁，很多情况下，特定的操作会造成持锁耗时的情况，具体问题具体分析。
3 CPU调度问题
这类情况不太多见，但是也是存在的。在某个绘制周期中，CPU被抢占，无法及时开始绘制操作。这分几部分来看，首先是不是被某个进程抢占的，比如dex2oat。或者看这段时间CPU使用率非常高，但是可能是大核跑满了，但是小核相对比较闲，这属于系统调度有问题等等。
例如：dex2oat发生的时候，占用所有有CPU（默认策略是有多少个核，就启动多少个线程），会将原文件中的dex文件抽出来，逐个指令的判断，然后进行翻译，并生成大量的中间内容，这些在memory当中是保存不下的，所以采用了swap机制, memory越少，越容易发生交换，所以还可能引起IO上的瓶颈。
可以设置系统属性：dalvik.vm.bg-dex2oat-threads 和 dalvik.vm.dex2oat-threads ，这两个系统属性是分别设置在前后台执行dex2oat限制的线程数，对应8核CPU来说，比如设置前后台分别为4，这样dex2oat执行时间会变长，但是卡顿会被缓解。
当然还有一种情况是，当手机温度过高，导致CPU降频，也会出现系统卡顿。
本文只是对卡顿分析提供一点不成熟的小思路。随着学习的深入，我会持续更新。
文中牵涉到的布局和重复绘制相关的内容可以参考我的文章：布局优化
文中牵扯到的相关性能优化工具可以参考我的系列文章：性能优化工具篇总结