Android性能優(yōu)化之線程監(jiān)控與線程統(tǒng)一詳解

第Android性能優(yōu)化之線程監(jiān)控與線程統(tǒng)一詳解目錄背景常規(guī)解決方案線程監(jiān)控當(dāng)前線程統(tǒng)計線程信息具體化線程統(tǒng)一Thread創(chuàng)建注意總結(jié)

背景

在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中，多線程管理一直是非常頭疼的問題之一，尤其在歷史性長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的app中，線程數(shù)會達(dá)到好幾百個甚至更多，然而過多的線程不僅僅帶來了內(nèi)存上的消耗同時也降低了cpu調(diào)度的效率，過多的cpu調(diào)度帶來的消耗的壞處甚至超過了多線程帶來的好處。

在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中，通常會遇到以下幾個問題

某個場景會創(chuàng)造過多的線程，最終導(dǎo)致oom線程池過多問題，比如三方庫有一套線程池，自己項目也有一套線程池，隨著三方/二方業(yè)務(wù)接入，導(dǎo)致了不相兼容的線程池數(shù)越多，降低了全體線程池數(shù)的調(diào)度效率，比如多個okhttp的調(diào)用歷史原因?qū)е?，newThread橫行，又或者是各種線程使用不規(guī)范，導(dǎo)致工程混亂即使是空閑時候，依舊有線程在不斷Waiting各種線程死鎖問題

最終種種原因?qū)е?，我們的項目在上線過程中，會遇到各種線程不明的情況，對排查問題或者解決問題帶來極大的考驗。

常規(guī)解決方案

對于上述問題的解決，許多團(tuán)隊通過codeview去限制代碼準(zhǔn)入，比如定制Thread的規(guī)范，又或者是定義項目統(tǒng)一的線程池，在項目中去使用。這個方案優(yōu)點就是可操作性強(qiáng)，便于團(tuán)隊去實施，但是這比較依靠review（或者其他代碼掃描插件），對于歷史項目來說比較容易出現(xiàn)疏漏，而且后期也依舊需要維護(hù)，對于大型團(tuán)隊來說，需要兼顧所有人代碼，且三方庫無法處理。同時Thread的衍生物也有很多，比如Android中的HandlerThread等等，也是線程。

現(xiàn)在比較流行的方案是通過字節(jié)碼插樁的方式，統(tǒng)一做線程監(jiān)控亦或進(jìn)行線程統(tǒng)一，比如監(jiān)控處理的matrix，還有優(yōu)化相關(guān)的booster等。線程統(tǒng)一這個依靠項目的情況，會有全統(tǒng)一線程池的情況（所以共用一個線程池），也有統(tǒng)一某單一業(yè)務(wù)的線程池的情況（比如只收口項目okhttp的線程池）下面我們圍繞這兩個主題，分別進(jìn)行探討

線程監(jiān)控

當(dāng)前線程統(tǒng)計

對線程的監(jiān)控,首先我們要統(tǒng)計當(dāng)前的信息對不對，可以直接通過

Thread.getAllStackTraces()

獲取到當(dāng)前所有thread的信息與堆棧情況，其返回值是一個map對象，

MapThread,StackTraceElement[]

獲取結(jié)果例子如下

[Thread[Binder:30506_2,5,main],Thread[FinalizerWatchdogDaemon,5,system],Thread[Binder:30506_3,5,main],Thread[Jitthreadpoolworkerthread0,5,system],Thread[ReferenceQueueDaemon,5,system],Thread[ProfileSaver,5,system],Thread[main,5,main],Thread[Binder:30506_1,5,main],Thread[RenderThread,7,main],Thread[pika_thread,5,main],Thread[vivo.PerfThread,5,main],Thread[SignalCatcher,10,system],Thread[FinalizerDaemon,5,system],Thread[HeapTaskDaemon,5,system]]

我們可以看到key是一個thread對象，如果我們要設(shè)計一個自己的apm的話可以通過遍歷key拿到一個Thread對象，然后再通過該Thread對象拿到自身的信息即可，比如獲取thread的名稱

Thread.getAllStackTraces().keys.map{

線程信息具體化

通過上述，我們可以拿到了當(dāng)前所有的線程信息，但是很遺憾的是，其中有一些線程信息幾乎是不可用的，比如我們用newThread構(gòu)建出來的線程，如果不給它指定的名字的話，默認(rèn)就會出現(xiàn)類似這種情，比如Thread-1，這種名稱的線程對我們來說幾乎是沒有任何意義的，我們暫且把它稱為匿名線程，解決匿名線程的手段有很多，之前在學(xué)完ASMTreeapi，再也不怕hook了這篇我們可以看到，我們可以用asm對調(diào)用thread進(jìn)行插樁，通過改變指令調(diào)用函數(shù)，把普通的空參數(shù)Thread（）方法變成帶有name的構(gòu)造方法Thread（String）進(jìn)行hook處理，把調(diào)用者名稱的信息放到前置的ldc指令，從而到達(dá)一個轉(zhuǎn)化的效果。

轉(zhuǎn)化前Thread構(gòu)造函數(shù)轉(zhuǎn)化后Thread構(gòu)造函數(shù)Thread()Thread(String)Thread(Runnable)Thread(Runnable,String)Thread(ThreadGroup,Runnable)Thread(ThreadGroup,Runnable,String)......

asm代碼實例如下

method.instructions.insertBefore(

node,

newLdcInsnNode()

defr=node.desc.lastIndexOf(')')

把構(gòu)造函數(shù)描述變成了帶有stringname的構(gòu)造函數(shù)描述

defdesc=

"${node.desc.substring(0,r)}Ljava/lang/String;${node.desc.substring(r)}"

println("*${node.owner}.${}${node.desc}=${node.owner}.${}$desc:${}.${}${method.desc}")

node.desc=desc

當(dāng)然，Thread還有很多構(gòu)造函數(shù)，我們就不一一舉例子去適配，相關(guān)的操作也是類似的，涉及到Executors等其他創(chuàng)建線程的方式，我們也可以通過這種指令替換的方式去進(jìn)行Thread的命名操作。這里就不再贅述，可以參考booster的做法

線程統(tǒng)一

線程的統(tǒng)一可以依靠項目統(tǒng)一的線程池，但是這個約束不到第三方，我們可以利用ASM等工具進(jìn)行線程的統(tǒng)一，線程統(tǒng)一包括全模塊統(tǒng)一跟單模塊統(tǒng)一（特定模塊），由于單模塊統(tǒng)一涉及具體業(yè)務(wù)，比如對okhttpclient的調(diào)度線程統(tǒng)一，由于不具備通用性，需要根據(jù)模塊具體實現(xiàn)去統(tǒng)一，我們這里就不討論了，單模塊統(tǒng)一有個好處就是風(fēng)險低，只影響單一模塊的線程調(diào)度。我們討論一下全模塊的統(tǒng)一。

在項目中，我們有各種各樣的線程調(diào)度api，直接newThread，Executors，ThreadPoolExecutor等等，它們公共點就是都用到了Thread，最終都是靠著Thread去運行，但是想要把它們統(tǒng)一起來，我們要兼顧更上一層的api，那么適配工作量可是不少??！那么我們有沒有一種黑科技，能夠簡單點就把線程統(tǒng)一到一個特定的線程池，作為收口呢？（注意這里討論的是把全項目的線程統(tǒng)一，包括三方庫），為了找到突破點，我們先看一下最基本的Thread是怎么創(chuàng)建出來的

Thread創(chuàng)建

最常用的Thread創(chuàng)建肯定是最簡單的，我們舉個例子

varthread=Thread{

Log.i("hello","thisismythread${Thread.currentThread().name}")

那么這段代碼它做了什么呢？我們要從字節(jié)碼的角度去分析，才能找到突破點

NEWjava/lang/Thread

INVOKEDYNAMICrun()Ljava/lang/Runnable;[

//handlekind0x6:INVOKESTATIC

java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;

//arguments:

()V,

//handlekind0x6:INVOKESTATIC

com/example/spider/MainActivity.onCreate$lambda-0()V,

INVOKESPECIALjava/lang/Thread.init(Ljava/lang/Runnable;)V

ASTORE2

我們來一一說明下調(diào)用的指令：

NEW創(chuàng)建一個java/lang/Thread對象，此時只是引用被創(chuàng)建，所引用的對象還沒有創(chuàng)建，并加入操作數(shù)棧頂部

2.DUP將操作數(shù)棧頂部的參數(shù)復(fù)制一份，并加入操作數(shù)棧

3.INVOKEDYNAMIClambad用到的函數(shù)調(diào)用指令，運行時綁定信息，()Ljava/lang/Runnable，由于入?yún)閚ull，所以不消耗操作數(shù)棧的參數(shù)，返回值是Runnable，所以會在操作數(shù)棧上新加入一個Runnable對象

4.INVOKESPECIAL構(gòu)造函數(shù)能調(diào)用到的特殊指令，即創(chuàng)建一個對象，(Ljava/lang/Runnable;)V，我們看到入?yún)⒅挥幸粋€Runnable對象，但是實際上調(diào)用INVOKESPECIAL的構(gòu)造函數(shù)隱藏了一個條件，就是需要一個被創(chuàng)建對象對應(yīng)的引用對象，這就是dup存在的原因，因為需要消耗一個Thread引用對象！這點需要注意

5.ASTORE2，就是把操作數(shù)棧頂部的變量放到了局部變量表index為2的地方，這里為什么是2呢，是由當(dāng)前運行環(huán)境決定的，靜態(tài)方法中index為0的就是參數(shù)1，而普通方法index為0的地方卻是this指針，這點是需要注意的，除了index=0的地方有這個約定，其他index下標(biāo)其實就是函數(shù)環(huán)境的決定的。（這也側(cè)面說明，存在AStore，ALoad這些指令的時候，我們很難去做通用性插樁，因為這里依賴了局部變量表的具體實現(xiàn)）

看到這里，我們就能夠明白了一個Thread創(chuàng)建的字節(jié)碼是怎么樣的了

那么我們想想看，怎么達(dá)到我們統(tǒng)一線程池的目的?？吹絋hread的創(chuàng)建過程我們就知道，Thread會依賴局部變量表（第5條），所以我們?nèi)绻苯訉hread進(jìn)行操作的話，是不行的，因為局部變量表的存儲index是依靠當(dāng)前環(huán)境的！其實我們統(tǒng)一線程池，想要統(tǒng)一的也不一定是要統(tǒng)一Thread，而是統(tǒng)一Runnable執(zhí)行的線程環(huán)境對吧！突破點就來了，我們對Runnable進(jìn)行操作，把其原本依賴執(zhí)行的Thread變成我們自己線程池的Thread是不是就可以了！

目標(biāo)明確了，但是我們也需要為此做一些特定的處理，因為這種自定義指令集的處理，用其他ASM工具也是無法生成的，所以我們才具體解釋相關(guān)的指令集。最終這邊的方案就是，進(jìn)行Thread調(diào)用替換，即把newThread這個指令，替換為我們自己的MyThread的指令進(jìn)行定制化處理。步驟如下

替換原本的INVOKESPECIAL指令調(diào)用為我們自己的MyThread調(diào)用，這里給出MyThread實現(xiàn)

classMyThread(privatevalrunnable:Runnable):Thread(runnable){

//調(diào)用到自己的start

overridefunstart(){

Log.i("hello","MyThread")

//runnable在定義的統(tǒng)一線程池執(zhí)行

ThreadHelper.runInCustomPool(runnable)

原本指令返回的是Thread，由于我們替換為了MyThread，那么原本跟Thread強(qiáng)綁定的NEW指令，DUP指令就也需要變更跟MyThread類型相關(guān)的指令，我們這里就不采用替換，采取新加的方式（替換也可以，這里選擇方便處理，因為操作數(shù)只對棧頂元素生效）

3.到了這一步，還不行，因為我們原本要返回的是Thread對象，現(xiàn)在變成了MyThread對象，所以我們需要一個轉(zhuǎn)化指令CHECKCAST

我們給出具體的ASM代碼

classMyThreadHookUtils{

staticTHREAD="java/lang/Thread"

staticvoidtransform(ClassNodeklass){

//我們自定義的MyThread類不需要參加轉(zhuǎn)化

if(.equals("com/example/spider/MyThread")){

return

klass.methods.forEach{methodNode-

methodNode.instructions.each{

if(it.opcode==Opcodes.INVOKESPECIAL){

transformInvokeSpecial((MethodInsnNode)it,klass,methodNode)

privatestaticvoidtransformInvokeSpecial(MethodInsnNodenode,ClassNodeklass,MethodNodemethod){

//如果不是構(gòu)造函數(shù)，就直接退出

if(node.owner!=THREAD){

return

println("transformInvokeSpecial")

transformThreadInvokeSpecial(node,klass,method)

privatestaticvoidtransformThreadInvokeSpecial(

MethodInsnNodenode,

ClassNodeklass,

MethodNodemethod

println("init==="+node.desc+""+node.owner)

if(node.desc.equals("(Ljava/lang/Runnable;)V")){

intindex=method.instructions.indexOf(node)

defdyc=method.instructions[index-1]

InsnListinsertNodes1=newInsnList()

TypeInsnNodenewInsnNode=newTypeInsnNode(Opcodes.NEW,"com/example/spider/MyThread")

InsnNodedupNode=newInsnNode(Opcodes.DUP)

insertNodes1.add(newInsnNode)

insertNodes1.add(dupNode)

method.instructions.insertBefore(dyc,insertNodes1)

MethodInsnNodemethodHookNode=newMethodInsnNode(Opcodes.INVOKESPECIAL,

"com/example/spider/MyThread",

"init",

"(Ljava/lang/Runnable;)V",

false)

TypeInsnNodetypeInsnNode=newTypeInsnNode(Opcodes.CHECKCAST,"java/lang/Thread")

InsnListinsertNodes=newInsnList()

insertNodes.add(methodHookNode)