JankStats 程式庫

JankStats 程式庫可協助您追蹤及分析應用程式的效能問題。卡頓是指應用程式轉譯時間過長，JankStats 程式庫則針對應用程式的卡頓統計資料提供報告。

功能

JankStats 以現有的 Android 平台功能為基礎，包括 Android 7 (API 級別 24) 以上版本的 FrameMetrics API，或較舊 Android 版本的 OnPreDrawListener。這些機制可協助應用程式追蹤完成影格所需的時間。JankStats 程式庫提供兩項額外功能，讓資源更靈活且易於使用：卡頓經驗法則和 UI 狀態。

卡頓經驗法則

雖然可以使用 FrameMetrics 來追蹤影格持續時間，但 FrameMetrics 無法協助判斷實際發生卡頓的情況。JankStats 則具備可設定的內部機制，用於判斷發生卡頓時間，讓報表更能及時幫助使用者。

UI 狀態

通常需要瞭解應用程式中效能問題的背景。例如，如果您開發使用 FrameMetrics 的複雜多螢幕應用程式，發現應用程式經常有大量卡頓的影格，您需要將資訊放到背景來分析，瞭解問題發生的位置、使用者正在執行的操作以及如何複製此情況。

為解決這個問題，JankStats 導入了 state API，您可用來與程式庫通訊，提供應用程式活動的相關資訊。當 JankStats 記錄卡頓影格相關資訊時，會將應用程式的當前狀態納進卡頓報告。

使用方式

如要開始使用 JankStats，請為各個 Window 執行個體化並啟用資料庫。每個 JankStats 物件只會追蹤 Window 內的資料。如要將程式庫執行個體化，必須使用 Window 執行個體和 OnFrameListener 事件監聽器，兩者皆用於將指標傳送至用戶端。系統會在每個影格使用 FrameData 呼叫事件監聽器，並詳細說明：

• 影格開始時間
• 持續時間值
• 是否該認定影格卡頓
• 一組字串對，內含影格顯示期間的應用程式狀態相關資訊

如要讓 JankStats 更實用，應用程式應在資料庫中填入相關 UI 狀態資訊，用於 FrameData 中的報表功能。您可以透過 PerformanceMetricsState API (而非直接透過 JankStats) 完成這項操作，此 API 包含所有狀態管理邏輯和 API。

初始化

如要開始使用 JankStats 程式庫，請先將 JankStats 依附元件新增至 Gradle 檔案：

implementation "androidx.metrics:metrics-performance:1.0.0-beta01"

接著，初始化並啟用每個 Window 的 JankStats。此外，當活動在背景執行時，也應該暫停 JankStats 追蹤。在活動覆寫中建立並啟用 JankStats 物件：

class JankLoggingActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var jankStats: JankStats


    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        // ...
        // metrics state holder can be retrieved regardless of JankStats initialization
        val metricsStateHolder = PerformanceMetricsState.getHolderForHierarchy(binding.root)

        // initialize JankStats for current window
        jankStats = JankStats.createAndTrack(window, jankFrameListener)

        // add activity name as state
        metricsStateHolder.state?.putState("Activity", javaClass.simpleName)
        // ...
    }
JankLoggingActivity.kt

上述範例會在建構 JankStats 物件後插入目前活動的狀態資訊。所有為此 JankStats 物件所建立的 FrameData 報表日後也會包含活動資訊。

JankStats.createAndTrack 方法會參照 Window 物件，該物件是 Window 中檢視區塊階層和 Window 本身的 Proxy。系統會透過特定執行緒呼叫 jankFrameListener，這個執行緒的用途是在內部將資訊從平台傳送至 JankStats。

如要為任何 JankStats 物件啟用追蹤和報告功能，請呼叫 isTrackingEnabled = true。雖然系統預設為啟用，但停用活動則會停用追蹤功能。在這種情況下，請務必先重新啟用追蹤功能再繼續。如要停止追蹤，請呼叫 isTrackingEnabled = false。

override fun onResume() {
    super.onResume()
    jankStats.isTrackingEnabled = true
}

override fun onPause() {
    super.onPause()
    jankStats.isTrackingEnabled = false
}
JankLoggingActivity.kt

報表

JankStats 程式庫會將每個影格的資料追蹤內容，全數傳遞至啟用中的 JankStats 物件 OnFrameListener。應用程式可以儲存並聚合這些資料，以供日後上傳。詳情請參閱「匯總」部分提供的範例。

您必須為應用程式建立及提供 OnFrameListener，才能接收影格報表。每個影格都會呼叫這個事件監聽器，以便為應用程式提供持續出現的卡頓資料。

private val jankFrameListener = JankStats.OnFrameListener { frameData ->
    // A real app could do something more interesting, like writing the info to local storage and later on report it.
    Log.v("JankStatsSample", frameData.toString())
}
JankLoggingActivity.kt

事件監聽器透過 FrameData 物件提供與卡頓情況有關的影格資訊。其中包含關於所要求影格的下列資訊：

• isjank：表示影格是否發生卡頓情形的布林值標記。
• frameDurationUiNanos：影格的持續時間 (以奈秒表示)。
• frameStartNanos：影格開始的時間 (以奈秒為單位)。
• states：應用程式在影格顯示期間的狀態。

如果使用 Android 12 (API 級別 31) 以上版本，則可使用下列程式碼公開顯示影格持續時間的更多資料：

• FrameDataApi24 提供 frameDurationCpuNanos 以顯示影格在非 GPU 部分中的時間。
• FrameDataApi31 提供 frameOverrunNanos，以顯示超過影格完成期限的時間長度。

使用事件監聽器中的 StateInfo，即可儲存應用程式狀態的相關資訊。

請注意，系統會透過特定執行緒呼叫 OnFrameListener，這個執行緒的用途是在內部將每個影格的資訊傳遞至 JankStats。在 Android 6 (API 級別 23) 以下版本中，系統會採用主要 (UI) 執行緒。在 Android 7 (API 級別 24) 以上版本中，系統則會採用為了供 FrameMetrics 使用而建立的執行緒。無論是哪一種情況，都請務必迅速處理回呼並傳回資料，以免執行緒發生效能問題。

另請注意，回呼中傳送的 FrameData 物件會重複用於每個影格，這樣就不必為資料報表分配新的物件。也就是說，您必須在其他位置複製及快取資料，因為在回呼傳回後，該物件應該立即視為無狀態且已過時。

匯總

您可能希望應用程式碼匯總每個影格資料，方便您自行儲存及上傳資訊。雖然儲存及上傳作業的詳細資料不在 Alpha 版 JankStats API 的範圍內，您仍可以查看初步活動，以便使用 GitHub 存放區中提供的 JankAggregatorActivity，將各個影格的資料匯總為更大的集合。

JankAggregatorActivity 使用 JankStatsAggregator 類別，將自身的報告機制分到 JankStats OnFrameListener 機制之上，為僅報告涵蓋許多影格的資訊集合提供更高層級的抽象層。

JankAggregatorActivity 不會直接建立 JankStats 物件，而是建立 JankStatsAggregator 物件；該物件會在內部建立專屬的 JankStats 物件：

class JankAggregatorActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var jankStatsAggregator: JankStatsAggregator


    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        // ...
        // Metrics state holder can be retrieved regardless of JankStats initialization.
        val metricsStateHolder = PerformanceMetricsState.getHolderForHierarchy(binding.root)

        // Initialize JankStats with an aggregator for the current window.
        jankStatsAggregator = JankStatsAggregator(window, jankReportListener)

        // Add the Activity name as state.
        metricsStateHolder.state?.putState("Activity", javaClass.simpleName)
    }
JankAggregatorActivity.kt

JankAggregatorActivity 也採用類似的機制來暫停及繼續追蹤，並新增 pause() 事件做為透過呼叫 issueJankReport() 發出報表的信號，因為生命週期變更似乎是擷取應用程式中卡頓狀態的合適時間：

override fun onResume() {
    super.onResume()
    jankStatsAggregator.jankStats.isTrackingEnabled = true
}

override fun onPause() {
    super.onPause()
    // Before disabling tracking, issue the report with (optionally) specified reason.
    jankStatsAggregator.issueJankReport("Activity paused")
    jankStatsAggregator.jankStats.isTrackingEnabled = false
}
JankAggregatorActivity.kt

上方的範例是應用程式必須啟用 JankStats 和接收影格資料所需的程式碼。

管理狀態

您可能會想呼叫其他 API 來自訂 JankStats。舉例來說，插入應用程式狀態資訊可為發生卡頓的影格提供背景資訊，讓影格資料更加實用。

這個靜態方法會擷取特定檢視區塊階層目前的 MetricsStateHolder 物件。

PerformanceMetricsState.getHolderForHierarchy(view: View): MetricsStateHolder

您可以使用有效階層中的任何檢視區塊。在內部，這項檢查會查看與這個資料檢視區塊階層連結的現有 Holder 物件。此資訊會在該階層頂端的檢視區塊中快取。如果沒有這類物件，getHolderForHierarchy() 會建立一個。

透過靜態的 getHolderForHierarchy() 方法，您就不必在某個位置快取 holder 執行個體用於之後的擷取作業，而且還能更輕鬆地從程式碼中的任何位置擷取現有狀態物件，甚至是從無法以其他方式存取原始執行個體的程式庫程式碼擷取。

請注意，傳回值是 holder 物件，而不是狀態物件。holder 內部的狀態物件值只能透過 JankStats 設定。也就是說，如果應用程式針對包含該檢視區塊階層的 Window 建立 JankStats 物件，系統就會建立及設定狀態物件。相反地，如果不使用 JankStats 追蹤資訊，就不需要狀態物件，應用程式或程式庫程式碼也不必插入狀態。

這個方法可以擷取 holder，然後可由 JankStats 填入。外部程式碼隨時都可要求 holder。呼叫端可以快取這個輕量 Holder 物件，並隨時根據其內部 state 屬性的值設定狀態 (如下方程式碼範例所示)，且狀態僅會在 holder 的內部狀態屬性並非空值時設定：

val metricsStateHolder = PerformanceMetricsState.getHolderForHierarchy(binding.root)
// ...
metricsStateHolder.state?.putState("Activity", javaClass.simpleName)

如要控制 UI/應用程式狀態，應用程式可以使用 putState 和 removeState 方法插入 (或移除) 狀態。JankStats 會記錄這些呼叫的時間戳記。如果影格與狀態的開始和結束時間重疊，JankStats 就會一起回報這些狀態資訊和影格時間資料。

請針對所有狀態加入以下兩項資訊：key (狀態類別，例如「RecyclerView」) 和 value (當下發生的狀況，例如「scrolling」)。

狀態失效後，請使用 removeState() 方法移除狀態，確保不會連同影格資料一併回報錯誤或誤導性資訊。

如果使用先前新增的 key 呼叫 putState()，會將狀態的現有 value 替換為新的值。

狀態 API 的 putSingleFrameState() 版本會在下一個回報的影格中添加只記錄一次的狀態。系統隨後會自動移除這個狀態，確保您不會意外將過時的狀態加入程式碼中。請注意，由於 JankStats 會自動移除單一影格狀態，因此沒有與 singleFrame 同等的 removeState()。

private val scrollListener = object : RecyclerView.OnScrollListener() {
    override fun onScrollStateChanged(recyclerView: RecyclerView, newState: Int) {
        // check if JankStats is initialized and skip adding state if not
        val metricsState = metricsStateHolder?.state ?: return

        when (newState) {
            RecyclerView.SCROLL_STATE_DRAGGING -> {
                metricsState.putState("RecyclerView", "Dragging")
            }
            RecyclerView.SCROLL_STATE_SETTLING -> {
                metricsState.putState("RecyclerView", "Settling")
            }
            else -> {
                metricsState.removeState("RecyclerView")
            }
        }
    }
}
MessageListFragment.kt

請注意，用於狀態的鍵應具備足夠的意義，以便後續分析。具體來說，由於取代舊值的狀態含有先前所新增狀態的 key，因此建議您為應用程式或程式庫中可能含有不同執行個體的物件，使用不重複的 key 名稱。舉例來說，如果應用程式有五個不同的 RecyclerView，就可以為每個 RecyclerView 提供可識別的鍵 (而非一律只使用 RecyclerView)，以便在產生的資料中輕鬆判斷影格資料所參照的執行個體。

卡頓經驗法則

如要調整內部演算法以判定卡頓情況，請使用 jankHeuristicMultiplier 屬性。

根據預設，系統會將卡頓定義為影格需花費兩倍時間，才能達到目前的刷新率效果。系統不會依據刷新率以外的因素判斷是否發生卡頓，因為應用程式轉譯時間的資訊不夠清楚。因此，建議您新增緩衝區，而且只在出現明顯的效能問題時才加以回報。

這兩種測試方法都可以透過變更這些方法，以更符合應用程式的情況，或是測試強制讓 jank 發生或不發生 (根據測試需要)。

Jetpack Compose 使用狀況

目前在 Compose 中使用 JankStats 幾乎不需要設定。請謹記以下設定，在設定變更時保持 PerformanceMetricsState：

/**
 * Retrieve MetricsStateHolder from compose and remember until the current view changes.
 */
@Composable
fun rememberMetricsStateHolder(): PerformanceMetricsState.Holder {
    val view = LocalView.current
    return remember(view) { PerformanceMetricsState.getHolderForHierarchy(view) }
}
rememberMetricsStateHolder.kt

如要使用 JankStats，請將目前狀態新增至 stateHolder，如下所示：

val metricsStateHolder = rememberMetricsStateHolder()

// Reporting scrolling state from compose should be done from side effect to prevent recomposition.
LaunchedEffect(metricsStateHolder, listState) {
    snapshotFlow { listState.isScrollInProgress }.collect { isScrolling ->
        if (isScrolling) {
            metricsStateHolder.state?.putState("LazyList", "Scrolling")
        } else {
            metricsStateHolder.state?.removeState("LazyList")
        }
    }
}
ComposeListFragment.kt

如需進一步瞭解如何在 Jetpack Compose 應用程式中使用 JankStats，請參考我們的效能範例應用程式。

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