Android锁屏解锁卡顿优化——原理分析与GC回收

一、问题描述

我在使用Android手机，解锁屏幕时出现了卡顿现象，从解锁到菜单页面需要卡顿3~4秒。对于这一方面，从事Android开发的我决定，测试分析解决这一问题。

二、分析问题

我们使用systrace，我这里是用的ddms录制trace.html，用chrom打开systrace提供了一些UI Thread耗时cpu耗时等分析图，从图上分析可以看出，有很长一段时间，系统在进行GC，大约花费3~4s的时间，感觉可以查一下问题，从网上查询资料，知道是系统进行GC的时候是会阻塞当面界面的，表现上就是界面卡住了，但是GC是虚拟机系统行为，code无法控制，还得需要找源头，为何会有这么多垃圾需要回收。

三、GC回收原理与解析

那我们就先来搞懂GC的源头

GC原理

将内存中不再被使用的对象进行回收，GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，JAVA在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停。

常见GC算法

• 引用计数
• 标记清除
• 标记整理
• 分待回收

算法解析1、引用计数法(Reference Counting):

在对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器就加1；当引用失效时，计数器就减1；当引用计数为0时就会被回收。但是它存在一个很大的问题就是循环引用:如下图，当实例化A时，A会持有实例B，B会持有C，C持有A。这样一来我们就会发现:如果需要回收A，除了释放初始实例化引用，还需要释放C的引用。但是由于ABC互相引用，所以就造成谁也无法释放。主流的垃圾回收都没有采用这种判断方法，因为需要额外的工作来解决它。

可达性分析算法:

在JAVA虚拟机中就是通过可达性分析法来判定对象是否存活的。思路是通过GC Roots的对象作为起始点，然后从这些节点开始遍历所有引用链，如果某个对象没有GC Roots直接或间接的连接的话，这个对象(白色节点)就被认为程序中不再使用可以被回收了。如下图:

代码示例:

const user1 = age: 11 const user2 = age: 12 const user3 = age: 13 const nameList = function fn() const num1 = 1 const num2 = 2 num3 = 3fn()

当函数调用过后，num1和num2在外部不能使用，引用数为0，会被回收 ;num3是挂载在window上的，所以不会被回收 ; 上面的user1、user2、user3被nameList引用，所以引用数不为0不会被回收 ;

上面无法回收循环应用对象举例:

function fn const obj1 = const obj2 = obj1.name = obj2 obj2.name = obj1 return #39;hello world#39;fn// obj1和obj2，因为互相有引用，所以计数器并不为0，fn调用之后依旧无法回收这两个对象2、标记清除:

其分为标记和清除两个阶段。首先标记出所有死亡的对象，然后把所有死亡的的对象进行清除操作。如下图，我们可以清楚地看到，这种回收算法有一个很大的问题:造成很多的不连续内存碎片，这样一来，如果需要创建稍微大一点的对象，就很可能无法找到足够大的内存空间。这就需要整个再进行一次标记整理来解决这一问题。

3.标记整理:

算法分为标记-整理-清除阶段，首先需要先标记出存活的对象，然后把他们整理到一边，最后把存活边界外的内存空间都清除一遍。这个算法的好处就是不会产生内存碎片，但是由于整理阶段移动了对象，所以需要更新对象的引用。

4.标记复制:

算法分标记-复制两个阶段。首先会标记存活的对象，完成后，该算法会把存活的对象都复制到一块新的空内存里去。最后将原来的内存空间清空。过程如下图，这个算法最大的问题就是需要很大的内存，同时如果存活的对象非常多的话，标记和复制阶段都就会很慢。同时也涉及到了对象位置改变需要更新引用。尽管看起来问题很大，但是根据分代理论:弱分代假说里大多数对象生命周期短，这种情况下标记复制就很适合了(复制的存活对象少)。至于内存消耗太大的问题，java虚拟机通过将新生代分为一个Eden区与2个Survivo区，其中一个Survivo区用来复制，这样一来极大地提高了内存空间利用率。

了解到GC的原理以及他的算法，我们就来看看如何解决问题。

四、解决方案

打开著名的traceview工具，也是分析性能问题的好帮手。同样使用DDMS工具上集成的方式，我使用的是MTK release的工具GAT首先我用traceView看了一下，traceview主要是看一些方法的耗时和调用情况，以及消耗cpu的状态，从函数方法的调用来看，耗时最高的就是主线程，达到了4.7秒，图形上看，似乎这个Binder操作耗费的时间有点高。

双击这一块看到信息，Binder操作的inc cpu time占用14%，但是incl Real Time是73%的时间，达到了5秒多，这种情况主要是因为可能CPU的上下文切换、阻塞、GC等原因造成，与systrace上看出的问题一致，如图:

下面再录制一份log，找关键字ActivityManager和Binder看看情况，找到如下log:

01-21 14:07:49.951 1109 1285 I ActivityManager: Displayed com.android.settings/.SubSettings: +5s544ms

可见，这个subSetting花了5秒半，相当长，循着时间往前看5s，看看是否有什么蛛丝马迹，找到了binder出错的信息:

01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: Activity com.android.settings.SubSettings has leaked ServiceConnection com.android.settings.password.ChooseLockGeneric$ChooseLockGenericFragment1 680 f 7 e 9 t h a t w a s o r i g i n a l l y b o u n d h e r e 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a n d r o i d . a p p . S e r v i c e C o n n e c t i o n L e a k e d : A c t i v i t y c o m . a n d r o i d . s e t t i n g s . S u b S e t t i n g s h a s l e a k e d S e r v i c e C o n n e c t i o n c o m . a n d r o i d . s e t t i n g s . p a s s w o r d . C h o o s e L o c k G e n e r i c 1680f7e9 that was originally bound here 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: android.App.ServiceConnectionLeaked: Activity com.android.settings.SubSettings has leaked ServiceConnection com.android.settings.password.ChooseLockGeneric1680f7e9thatwasoriginallyboundhere01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:android.app.ServiceConnectionLeaked:Activitycom.android.settings.SubSettingshasleakedServiceConnectioncom.android.settings.password.ChooseLockGenericChooseLockGenericFragment1 680 f 7 e 9 t h a t w a s o r i g i n a l l y b o u n d h e r e 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t a n d r o i d . a p p . L o a d e d A p k 1680f7e9 that was originally bound here 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.LoadedApk1680f7e9thatwasoriginallyboundhere01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atandroid.app.LoadedApkServiceDispatcher.01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.LoadedApk.getServiceDispatcher(LoadedApk.java:1424)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ContextImpl.bindServiceCommon(ContextImpl.java:1605)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ContextImpl.bindService(ContextImpl.java:1557)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.content.ContextWrapper.bindService(ContextWrapper.java:684)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.settings.password.ChooseLockGenericC h o o s e L o c k G e n e r i c F r a g m e n t . b i n d S e r v i c e ( C h o o s e L o c k G e n e r i c . j a v a : 297 ) 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t c o m . a n d r o i d . s e t t i n g s . p a s s w o r d . C h o o s e L o c k G e n e r i c ChooseLockGenericFragment.bindService(ChooseLockGeneric.java:297) 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.settings.password.ChooseLockGenericChooseLockGenericFragment.bindService(ChooseLockGeneric.java:297)01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atcom.android.settings.password.ChooseLockGenericChooseLockGenericFragment.onCreate(ChooseLockGeneric.java:201)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.Fragment.performCreate(Fragment.java:2489)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.FragmentManagerImpl.moveToState(FragmentManager.java:1237)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.FragmentManagerImpl.addAddedFragments(FragmentManager.java:2407)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.FragmentManagerImpl.executeOpsTogether(FragmentManager.java:2186)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.FragmentManagerImpl.removeRedundantOperationsAndExecute(FragmentManager.java:2142)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.FragmentManagerImpl.execPendingActions(FragmentManager.java:2043)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.FragmentManagerImpl.executePendingTransactions(FragmentManager.java:799)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.settings.SettingsActivity.switchToFragment(SettingsActivity.java:781)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.settings.SettingsActivity.launchSettingFragment(SettingsActivity.java:439)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.settings.SettingsActivity.onCreate(SettingsActivity.java:327)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:7023)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:7014)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1215)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2734)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2859)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ActivityThread.-wrap11(Unknown Source:0)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ActivityThreadH . h a n d l e M e s s a g e ( A c t i v i t y T h r e a d . j a v a : 1592 ) 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t a n d r o i d . o s . H a n d l e r . d i s p a t c h M e s s a g e ( H a n d l e r . j a v a : 106 ) 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t a n d r o i d . o s . L o o p e r . l o o p ( L o o p e r . j a v a : 164 ) 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t a n d r o i d . a p p . A c t i v i t y T h r e a d . m a i n ( A c t i v i t y T h r e a d . j a v a : 6518 ) 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t j a v a . l a n g . r e f l e c t . M e t h o d . i n v o k e ( N a t i v e M e t h o d ) 01 minus; 2114 : 07 : 43.93142184218 E A c t i v i t y T h r e a d : a t c o m . a n d r o i d . i n t e r n a l . o s . R u n t i m e I n i t H.handleMessage(ActivityThread.java:1592) 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:106) 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.os.Looper.loop(Looper.java:164) 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:6518) 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at java.lang.reflect.Method.invoke(Native Method) 01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.internal.os.RuntimeInitH.handleMessage(ActivityThread.java:1592)01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atandroid.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:106)01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atandroid.os.Looper.loop(Looper.java:164)01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atandroid.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:6518)01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atjava.lang.reflect.Method.invoke(NativeMethod)01minus;2114:07:43.93142184218EActivityThread:atcom.android.internal.os.RuntimeInitMethodAndArgsCaller.run(RuntimeInit.java:438)01-21 14:07:43.931 4218 4218 E ActivityThread: at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:807)01-21 14:07:43.987 1109 3345 W ActivityManager: Unbind failed: could not find connection for android.os.BinderProxy8d5f5b4

好巧，报错也是因为Binder没有unBinder成功，与traceview的Binder耗时，以及systrace的GC耗时的信息都有千丝万缕的关系，也许就是问题的所在，接下来就是解决这个错误，并验证的时刻。找到如下资料:

google Android Issue中有这个缺陷，缺陷详细信息在这里，Using getApplicationContext().bindService instead of just bindService on your activity solves the problem as it is using the higher level application context.先调用getApplicationContext()获取其所属的Activity的上下文环境才能正常bindService，也就是在onCreate()方法中使用this.getApplicationContext().bindService((argshellip;))就可以了,否则bindService将永远失败返回false。

那么就看log找到对应的地方，我们发现绑定binder的地方是用的getContext.Binder(xxxx),解绑的地方是用的getActivity.unBinder(xxx),我们通通换成getActivity.getApplicationContext.binder(xxx) (unBinder),编译push验证，查看log如下:

Line 2240: 01-21 15:29:12.629 1167 1325 I ActivityManager: Displayed com.android.settings/.SubSettings: +2s672ms

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五、文末

成功优化了大约3秒的时间，虽然还感觉有卡顿，但是已经好很多，因为为了方便调试，编译的是userdebug版本，使用user版本后效果还有提升，算是能够过的去了！

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