Android自动化页面测速在美团的实践,android面试试题

现有方案问题

  • 冷启动时间不准:冷启动起始时间从 Application.onCreate() 中开始算起,会使得计算出来的冷启动时间偏小,因为在该方法执行前可能会有 MultiDex.install() 等耗时方法的执行。
  • 特殊情况未考虑:忽略了ViewPager+Fragment延时加载这些常见而复杂的情况,这些情况会造成实际测速时间非常不准。
  • 手动注入代码:所有的代码都需要手动写入,耦合进业务逻辑中,难以维护并且随着新页面的加入容易遗漏。
  • 写死配置文件:如需添加或更改要测速的页面,则需要修改本地配置文件,进行发版。

目标方案效果

  • 自动注入代码,无需手动写入代码与业务逻辑耦合。
  • 支持Activity和Fragment页面测速,并解决ViewPager+Fragment延迟加载时测速不准的问题。
  • 在Application的构造函数中开始冷启动时间计算。
  • 自动拉取和更新配置文件,可以实时的进行配置文件的更新。

实现

我们要实现一个自动化的测速插件,需要分为五步进行:

  1. 测速定义:确定需要测量的速度指标并定义其计算方式。
  2. 配置文件:通过配置文件确定代码中需要测量速度指标的位置。
  3. 测速实现:如何实现时间的计算和上报。
  4. 自动化实现:如何自动化实现页面测速,不需要手动注入代码。
  5. 疑难杂症:分析并解决特殊情况。

测速定义

我们把页面加载流程抽象成一个通用的过程模型:页面初始化 -> 初次渲染完成 -> 网络请求发起 -> 请求完成并刷新页面 -> 二次渲染完成。据此,要测量的内容包括以下方面:

onCreate()

需要注意的是,网络请求时间是指定的一组请求全部完成的时间,即从 第一个请求发起开始,直到最后一个请求完成 所用的时间。

根据定义我们的测速模型如下图所示。

Android自动化页面测速在美团的实践,android面试试题_第1张图片

配置文件

接下来要知道哪些页面需要测速,以及页面的初始请求是哪些API,这需要一个配置文件来定义。

我们定义了一个XML配置文件,每个 标签代表了一个页面,其中 id 是页面的类名或者全路径类名,用以表示哪些Activity或者Fragment需要测速; tag 代表是否为首页,这个首页指的是用以计算冷启动结束时间的页面,比如我们想把冷启动时间定义为从App创建到HomeActivity展示所需要的时间,那么HomeActivity的tag就为1;每一个 代表这个页面的一个初始请求,比如HomeActivity页面是个列表页,一进来会先请求config接口,然后请求list接口,当list接口回来后展示列表数据,那么该页面的初始请求就是config和list接口。更重要的一点是,我们将该配置文件维护在服务端,可以实时更新,而客户端要做的只是在插件SDK初始化时拉取最新的配置文件即可。

测速实现

测速需要实现一个SDK,用于管理配置文件、页面测速对象、计算时间、上报数据等,项目接入后,在页面的不同节点调用SDK提供的方法完成测速。

冷启动开始时间

冷启动的开始时间,我们以Application的构造函数被调用为准,在构造函数中进行时间点记录,并在SDK初始化时,将时间点传入作为冷启动开始时间。

//Application
public MyApplication(){
super();
coldStartTime = SystemClock.elapsedRealtime();
}
//SDK初始化
public void onColdStart(long coldStartTime) {
this.startTime = coldStartTime;
}

这里说明几点:

SystemClock.elapsedRealtime()
onCreate()

SDK初始化

SDK的初始化在 Application.onCreate() 中调用,初始化时会获取服务端的配置文件,解析为 Map ,对应配置中页面的id和其配置项。另外还维护了一个当前页面对象的 MAP ,key为一个int值而不是其类名,因为同一个类可能有多个实例同时在运行,如果存为一个key,可能会导致同一页面不同实例的测速对象只有一个,所以在这里我们使用Activity或Fragment的 hashcode() 值作为页面的唯一标识。

页面开始时间

页面的开始时间,我们以Activtiy或Fragment的 onCreate() 作为时间节点进行计算,记录页面的开始时间。

public void onPageCreate(Object page) {
int pageObjKey = Utils.getPageObjKey(page);
PageObject pageObject = activePages.get(pageObjKey);
ConfigModel configModel = getConfigModel(page);//获取该页面的配置
if (pageObject == null && configModel != null) {//有配置则需要测速
pageObject = new PageObject(pageObjKey, configModel, Utils.getDefaultReportKey(page), callback);
pageObject.onCreate();
activePages.put(pageObjKey, pageObject);
}
}
//PageObject.onCreate()
void onCreate() {
if (createTime > 0) {
return;
}
createTime = Utils.getRealTime();
}

这里的 getConfigModel() 方法中,会使用页面的类名或者全路径类名,去初始化时解析的配置Map中进行id的匹配,如果匹配到说明页面需要测速,就会创建测速对象 PageObject 进行测速。

网络请求时间

一个页面的初始请求由配置文件指定,我们只需在第一个请求发起前记录请求开始时间,在最后一个请求回来后记录结束时间即可。

boolean onApiLoadStart(String url) {
String relUrl = Utils.getRelativeUrl(url);
if (!hasApiConfig() || !hasUrl(relUrl) || apiStatusMap.get(relUrl.hashCode()) != NONE) {
return false;
}
//改变Url的状态为执行中
apiStatusMap.put(relUrl.hashCode(), LOADING);
//第一个请求开始时记录起始点
if (apiLoadStartTime <= 0) {
apiLoadStartTime = Utils.getRealTime();
}
return true;
}
boolean onApiLoadEnd(String url) {
String relUrl = Utils.getRelativeUrl(url);
if (!hasApiConfig() || !hasUrl(relUrl) || apiStatusMap.get(relUrl.hashCode()) != LOADING) {
return false;
}
//改变Url的状态为执行结束
apiStatusMap.put(relUrl.hashCode(), LOADED);
//全部请求结束后记录时间
if (apiLoadEndTime <= 0 && allApiLoaded()) {
apiLoadEndTime = Utils.getRealTime();
}
return true;
}
private boolean allApiLoaded() {
if (!hasApiConfig()) return true;
int size = apiStatusMap.size();
for (int i = 0; i < size; ++i) {
if (apiStatusMap.valueAt(i) != LOADED) {
return false;
}
}
return true;
}

每个页面的测速对象,维护了一个请求urAndroid自动化页面测速在美团的实践,android面试试题_第2张图片
l和其状态的映射关系 SparseIntArray ,key就为请求url的hashcode,状态初始为 NONE 。每次请求发起时,将对应url的状态置为 LOADING ,结束时置为 LOADED 。当第一个请求发起时记录起始时间,当所有url状态为 LOADED 时说明所有请求完成,记录结束时间。

渲染时间

按照我们对测速的定义,现在冷启动开始时间有了,还差结束时间,即指定的首页初次渲染结束时的时间;页面的开始时间有了,还差页面初次渲染的结束时间;网络请求的结束时间有了,还差页面的二次渲染的结束时间。这一切都是和页面的View渲染时间有关,那么怎么获取页面的渲染结束时间点呢?

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由View的绘制流程可知,父View的 dispatchDraw() 方法会执行其所有子View的绘制过程,那么把页面的根View当做子View,是不是可以在其外部增加一层父View,以其 dispatchDraw() 作为页面绘制完毕的时间点呢?答案是可以的。

class AutoSpeedFrameLayout extends FrameLayout {
public static View wrap(int pageObjectKey, @NonNull View child) {

//将页面根View作为子View,其他参数保持不变
ViewGroup vg = new AutoSpeedFrameLayout(child.getContext(), pageObjectKey);
if (child.getLayoutParams() != null) {
vg.setLayoutParams(child.getLayoutParams());
}
vg.addView(child, new ViewGroup.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT, ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT));
return vg;
}
private final int pageObjectKey;//关联的页面key
private AutoSpeedFrameLayout(@NonNull Context context, int pageObjectKey) {
super(context);
this.pageObjectKey = pageObjectKey;
}
@Override
protected void dispatchDraw(Canvas canvas) {
super.dispatchDraw(canvas);
AutoSpeed.getInstance().onPageDrawEnd(pageObjectKey);
}
}

我们自定义了一层 FrameLayout 作为所有页面根View的父View,其 dispatchDraw() 方法执行super后,记录相关页面绘制结束的时间点。

测速完成

现在所有时间点都有了,那么什么时候算作测速过程结束呢?我们来看看每次渲染结束后的处理就知道了。

//PageObject.onPageDrawEnd()
void onPageDrawEnd() {
if (initialDrawEndTime <= 0) {//初次渲染还没有完成
initialDrawEndTime = Utils.getRealTime();
if (!hasApiConfig() || allApiLoaded()) {//如果没有请求配置或者请求已完成,则没有二次渲染时间,即初次渲染时间即为页面整体时间,且可以上报结束页面了
finalDrawEndTime = -1;
reportIfNeed();
}
//页面初次展示,回调,用于统计冷启动结束
callback.onPageShow(this);
return;
}
//如果二次渲染没有完成,且所有请求已经完成,则记录二次渲染时间并结束测速,上报数据
if (finalDrawEndTime <= 0 && (!hasApiConfig() || allApiLoaded())) {
finalDrawEndTime = Utils.getRealTime();
reportIfNeed();
}
}

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该方法用于处理渲染完毕的各种情况,包括初次渲染时间、二次渲染时间、冷启动时间以及相应的上报。这里的冷启动在 callback.onPageShow(this) 是如何处理的呢?

//初次渲染完成时的回调
void onMiddlePageShow(boolean isMainPage) {
if (!isFinish && isMainPage && startTime > 0 && endTime <= 0) {
endTime = Utils.getRealTime();
callback.onColdStartReport(this);
finish();
}
}

还记得配置文件中 tag 么,他的作用就是指明该页面是否为首页,也就是代码段里的 isMainPage 参数。如果是首页的话,说明首页的初次渲染结束,就可以计算冷启动结束的时间并进行上报了。

上报数据

当测速完成后,页面测速对象 PageObject 里已经记录了页面(包括冷启动)各个时间点,剩下的只需要进行测速阶段的计算并进行网络上报即可。

//计算网络请求时间
long getApiLoadTime() {
if (!hasApiConfig() || apiLoadEndTime <= 0 || apiLoadStartTime <= 0) {
return -1;
}
return apiLoadEndTime - apiLoadStartTime;
}

自动化实现

有了SDK,就要在我们的项目中接入,并在相应的位置调用SDK的API来实现测速功能,那么如何自动化实现API的调用呢?答案就是采用AOP的方式,在App编译时动态注入代码,我们 实现一个Gradle插件,利用其Transform功能以及Javassist实现代码的动态注入 。动态注入代码分为以下几步:

  • 初始化埋点:SDK的初始化。
  • 冷启动埋点:Application的冷启动开始时间点。
  • 页面埋点:Activity和Fragment页面的时间点。
  • 请求埋点:网络请求的时间点。

初始化埋点

在 Transform 中遍历所有生成的class文件,找到Application对应的子类,在其 onCreate() 方法中调用SDK初始化API即可。

CtMethod method = it.getDeclaredMethod(“onCreate”)
method.insertBefore("${Constants.AUTO_SPEED_CLASSNAME}.getInstance().init(this);")

最终生成的Application代码如下:

public void onCreate() {

AutoSpeed.getInstance().init(this);
}

冷启动埋点

同上一步,找到Application对应的子类,在其构造方法中记录冷启动开始时间,在SDK初始化时候传入SDK,原因在上文已经解释过。

//Application
private long coldStartTime;
public MobileCRMApplication() {
coldStartTime = SystemClock.elapsedRealtime();
}
public void onCreate(){

AutoSpeed.getInstance().init(this,coldStartTime);
}

页面埋点

结合测速时间点的定义以及Activity和Fragment的生命周期,我们能够确定在何处调用相应的API。

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Activity

对于Activity页面,现在开发者已经很少直接使用 android.app.Activity 了,取而代之的是 android.support.v4.app.FragmentActivity 和 android.support.v7.app.AppCompatActivity ,所以我们只需在这两个基类中进行埋点即可,我们先来看FragmentActivity。

protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
AutoSpeed.getInstance().onPageCreate(this);

}
public void setContentView(View var1) {
super.setContentView(AutoSpeed.getInstance().createPageView(this, var1));
}

注入代码后,在FragmentActivity的 onCreate 一开始调用了 onPageCreate() 方法进行了页面开始时间点的计算;在 setContentView() 内部,直接调用super,并将页面根View包装在我们自定义的 AutoSpeedFrameLayout 中传入,用于渲染时间点的计算。

然而在AppCompatActivity中,重写了setContentView()方法,且没有调用super,调用的是 AppCompatDelegate 的相应方法。

public void setContentView(View view) {
getDelegate().setContentView(view);
}

这个delegate类用于适配不同版本的Activity的一些行为,对于setContentView,无非就是将根View传入delegate相应的方法,所以我们可以直接包装View,调用delegate相应方法并传入即可。

public void setContentView(View view) {
AppCompatDelegate var2 = this.getDelegate();
var2.setContentView(AutoSpeed.getInstance().createPageView(this, view));
}

对于Activity的setContentView埋点需要注意的是,该方法是重载方法,我们需要对每个重载的方法做处理。

Fragment

Fragment的 onCreate() 埋点和Activity一样,不必多说。这里主要说下 onCreateView() ,这个方法是返回值代表根View,而不是直接传入View,而Javassist无法单独修改方法的返回值,所以无法像Activity的setContentView那样注入代码,并且这个方法不是 @CallSuper 的,意味着不能在基类里实现。那么怎么办呢?我们决定在每个Fragment的该方法上做一些事情。

//Fragment标志位
protected static boolean AUTO_SPEED_FRAGMENT_CREATE_VIEW_FLAG = true;
//利用递归包装根View
public View onCreateView(LayoutInflater inflater, @Nullable ViewGroup container, @Nullable Bundle savedInstanceState) {
if(AUTO_SPEED_FRAGMENT_CREATE_VIEW_FLAG) {
AUTO_SPEED_FRAGMENT_CREATE_VIEW_FLAG = false;
View var4 = AutoSpeed.getInstance().createPageView(this, this.onCreateView(inflater, container, savedInstanceState));
AUTO_SPEED_FRAGMENT_CREATE_VIEW_FLAG = true;
return var4;
} else {

return rootView;
}
}

我们利用一个boolean类型的标志位,进行递归调用 onCreateView() 方法:

weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 18px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; word-break: break-word; color: rgb(93, 93, 93); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">

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