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作者：孫仁偉，單位：中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心
基于Benchmark的性能測(cè)試量化指標(biāo)方案是一種用于評(píng)估和量化系統(tǒng)性能的方法。通過使用Benchmark測(cè)試工具，該方案旨在提供可靠的性能數(shù)據(jù)，并使用具體的指標(biāo)來衡量系統(tǒng)在各個(gè)方面的表現(xiàn)。本文將介紹基于Google MacroBenchmark的性能量化指標(biāo)測(cè)試的工程配置、測(cè)試流程、核心指標(biāo)和應(yīng)用案例，幫助Android 開發(fā)者更好地評(píng)估和比較App的性能。
Part 01●??背景?●
隨著App業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)和功能的迭代，代碼量快速增加，導(dǎo)致應(yīng)用結(jié)構(gòu)復(fù)雜度提高。同時(shí)，在App開發(fā)過程中，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的App進(jìn)行性能比較也是必要的。為了避免代碼增長(zhǎng)和功能迭代帶來的性能下降，我們需要一套技術(shù)方案來監(jiān)控App版本的性能，以指導(dǎo)開發(fā)人員及時(shí)進(jìn)行代碼重構(gòu)。
Part 02●??方案說明?●
Benchmark，即基準(zhǔn)測(cè)試，是檢查和監(jiān)控應(yīng)用性能的一種方式。通過對(duì)每個(gè)移動(dòng)App版本的迭代運(yùn)行基準(zhǔn)測(cè)試，可以幫助分析和調(diào)試性能問題，并確保迭代的更改不會(huì)引起性能下降。
以下是一常見的移動(dòng)App的benchmark方法和工具：
1.Startup Time Benchmark：評(píng)估應(yīng)用程序的啟動(dòng)時(shí)間，即從用戶點(diǎn)擊應(yīng)用圖標(biāo)到應(yīng)用程序完全加載并可交互的時(shí)間?？梢允褂酶鞣N工具和方法來測(cè)量啟動(dòng)時(shí)間，如使用應(yīng)用性能監(jiān)測(cè)工具或手動(dòng)計(jì)時(shí)。
2.Responsiveness Benchmark：評(píng)估應(yīng)用程序?qū)τ脩舨僮鞯捻憫?yīng)速度，包括用戶界面的流暢度和操作的延遲?？梢允褂眯阅鼙O(jiān)測(cè)工具記錄用戶操作和應(yīng)用程序響應(yīng)時(shí)間，或者進(jìn)行用戶體驗(yàn)測(cè)試來評(píng)估應(yīng)用的響應(yīng)性能。
3.Memory Usage Benchmark：評(píng)估應(yīng)用程序在運(yùn)行過程中使用的內(nèi)存量?？梢允褂脙?nèi)存分析工具來監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序的內(nèi)存使用情況，并進(jìn)行比較和分析。
4.Battery Consumption Benchmark：評(píng)估應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備電池的消耗情況?？梢允褂秒姵叵谋O(jiān)測(cè)工具來測(cè)量應(yīng)用程序在不同使用情景下的電池消耗量，并進(jìn)行比較和分析。
5.Network Performance Benchmark：評(píng)估應(yīng)用程序在使用網(wǎng)絡(luò)功能時(shí)的性能和速度?？梢允褂镁W(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)工具來模擬不同網(wǎng)絡(luò)條件下的應(yīng)用性能，并進(jìn)行測(cè)試和比較。
針對(duì)Startup Time Benchmark和Responsiveness Benchmark，Google提供了Macrobenchmark庫(kù)，該庫(kù)主要用于評(píng)估Android App整體性能的基準(zhǔn)測(cè)試。其旨在模擬真實(shí)世界的使用情景，通過測(cè)試用例以涵蓋各種應(yīng)用使用過程中交互操作，以綜合評(píng)估應(yīng)用的性能和響應(yīng)能力。
2.1 Macrobenchmark
2.1.1 設(shè)置Macrobenchmark
1. 打開應(yīng)用Application工程，在 Android Studio 的 Project 面板中右鍵點(diǎn)擊項(xiàng)目或模塊，然后依次點(diǎn)擊 New > Module。
2. 從Templates窗格中選擇 Benchmark。
3. 自定義目標(biāo)應(yīng)用（要進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試的應(yīng)用），以及新的Macrobenchmark模塊的軟件包和模塊名稱。
4. 點(diǎn)擊Finish，從而創(chuàng)建Macrobenchmark Module。
2.1.2 創(chuàng)建Macrobenchmark類
在Macrobenchmark，我們根據(jù)業(yè)務(wù)自身情況，創(chuàng)建所需的性能指標(biāo)Benchmark測(cè)試用例。測(cè)試用例可以基于Macrobenchmark 庫(kù)中的`MacrobenchmarkRule` JUnit4規(guī)則所含的API實(shí)現(xiàn)。
比如我們現(xiàn)在需要對(duì)App應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控。則可以在Macrobenchmark Module編寫一個(gè)測(cè)試用例類，在測(cè)試用例類中編寫測(cè)試用例方案，如測(cè)量5次打開應(yīng)用時(shí)間。
創(chuàng)建startup測(cè)試用例，該用例基于MacrobenchmarkRule.measureRepated。
其中各參數(shù)：
packageName：App的包名；
metrics：測(cè)量度量。此處我們選擇 StartupTimeMetric，標(biāo)識(shí)測(cè)量啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)；
iterations：重復(fù)次數(shù)。表示該項(xiàng)用例的測(cè)試次數(shù)，可以通過多次測(cè)量取均值的方式，避免單次測(cè)量的偏差影響；
setupBlock：用例前置操作。；
最后的 {} ：用例內(nèi)容。此處我們執(zhí)行 startActivityAndWait，表示啟動(dòng)App并等待啟動(dòng)完成，App首幀顯示。
2.1.3 運(yùn)行基準(zhǔn)
在Android Studio中運(yùn)行測(cè)試，以衡量應(yīng)用在設(shè)備上的性能?？梢韵袷褂脺y(cè)試類或方法旁邊的邊線操作運(yùn)行任何其他 `@Test` 一樣運(yùn)行基準(zhǔn)，如下圖所示。
也可以通過`gradle`命令，從命令行運(yùn)行Gradle模塊中的所有基準(zhǔn)：
2.1.4 基準(zhǔn)結(jié)果
基準(zhǔn)運(yùn)行成功后，指標(biāo)會(huì)直接顯示在Android Studio中，還會(huì)以JSON文件形式輸出以供持續(xù)集成環(huán)境使用。
每次衡量的迭代過程均會(huì)捕獲單獨(dú)的系統(tǒng)跟蹤文件。點(diǎn)擊Test Results窗格中的其中一個(gè)鏈接，可以打開這些結(jié)果跟蹤文件，如下圖所示。即平均啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)為748.1ms。
跟蹤文件加載完成后，Android Studio會(huì)提示您選擇要分析的進(jìn)程。系統(tǒng)會(huì)預(yù)先填充目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)程：
跟蹤文件加載完成后，Studio將在CPU性能剖析器工具中顯示結(jié)果：
Part 03●??應(yīng)用實(shí)例?●
在實(shí)驗(yàn)工程中，在Application.onCreate中增加了200ms睡眠。
運(yùn)行實(shí)驗(yàn)工程，構(gòu)建App，運(yùn)行App，運(yùn)行Macrobenchmark。在CPU性能剖析器工具中可以看到主線程在app.onCreate方法執(zhí)行時(shí)耗時(shí)達(dá)223.12ms。
通過分析CPU性能剖析器工具 的示圖，可以判斷app.onCreate 時(shí)，主線程存在約200ms異常時(shí)延。再閱讀相關(guān)代碼，可以查出該異常部分的睡眠邏輯。
將該異常睡眠邏輯移除，從新運(yùn)行實(shí)驗(yàn)工程，構(gòu)建App，運(yùn)行App，運(yùn)行Macrobenchmark。
在CPU性能CPU性能剖析器工具中可以看到主線程在app.onCreate方法耗時(shí)約為22.01ms，時(shí)延正常，方法執(zhí)行過程中只執(zhí)行了相關(guān)調(diào)用方法，說明問題得到了修復(fù)。
通過以上案例，我們可以看出通過Macrobenchmark + CPU性能剖析器工具， 我們可以對(duì)應(yīng)用特定場(chǎng)景進(jìn)行時(shí)延分析，并對(duì)新增時(shí)延進(jìn)行有效歸因，從而能針對(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化處理。
參考文獻(xiàn)
[1] 基準(zhǔn)化分析：https://developer.android.com/topic/performance/benchmarking/benchmarking-overview?hl=zh-cn.
[2]?使用Macrobenchmark 測(cè)量用戶啟動(dòng)好卡頓：https://www.youtube.com/watch?v=0adLO2VRJtc.
下載ECAD模型
