Systrace角度: 拆解分析应用的启动流程

上周看了一个支付宝启动速度逊色于对比机的案例，花了些时间整理了下这个过程。

应用启动过程中牵扯的知识点较多，基本涵盖了Android几大重要的子系统，非一篇文章能够讲清。

本文不会介绍过多细节，假设你已经熟悉如下内容

• 熟悉input事件处理流程

• 熟悉进程fork & 应用组件的初始化流程

• 熟悉应用 UI 布局与绘制

• 熟悉渲染线程 & SurfaceFlinger & HWC的交互流程

本文将以支付宝为例，介绍下从input事件触发到首页帧显示完成的整个流程，后面会单独成文介绍与竞品的差异分析。

1. 使用user版本，开机后连接信号好的WIFI网络，清理后台所有程序。登录支付宝账号后先启动几次，最后再forceStop

2. 手机放置五分钟后，确保机器未发热，此时打开Systrace录制，通过高速相机拍摄，点击icon冷启，再forceStop下，再次冷启，循环做五组

   
   

取耗时最长一次925ms为例进行分析，时间范围起始点:

以手指落下接触到icon为起点，以支付宝首页内容完全加载出为结束点

关键时间点

1. AppLaunch_dispatchPtr:Up:     5s 617ms

2. Launcher中接收到input事件:     5s 620ms

从up事件到Launcher接收到最早的input事件耗时约3ms

这个过程大致就是：

1. inputReader从Eventhub中获取到input事件后

2. inputReader将事件给inputDispatcher，inputDispatcher会将事件放到 “iq” 队列中(图中没有列出)

3. 这个时候开始寻找处理这个input事件的目标窗口了，这个案例中对应的就是Launcher，找到后放在oq队列中，等着发送给Launcher

4. 事件发送出去后，将事件放到图中的wq队列中，等Launcher消费过这个事件后，会通知inputDisp已经消费完成，图中的wq凸起点会消失

   
   

这里顺便说下，我们平时经常会遇到input类型的ANR，对应的正是wq的等待时长。

简单理解就是事件发给应用窗口了，这个时候开始倒计时，如果5s内(我们项目上客制化为8s)应用窗口没有告知inputDispatcher这个事件消费完成，说明应用窗口无响应了，就会触发ANR。

如果5s内应用窗口处理完成了并告知inputDispatcher后，inputDispatcher就会从 "wq" 队列中及时移除待处理事件避免ANR。

时间关键点: 

1. fork进程起点 5s 652ms，耗时6ms

这里顺便介绍下关于fork进程花费时间的优化，Android R上新增了一个usap的机制，大意是会预先fork一些空进程放在池中，这样可以省去应用fork的时间。

有些厂商会定制化这块内容，将这些预先fork出来的空进程指定包名，比如用户感知较强的微信支付宝等，这样的在支付宝冷启时，这里就不会有fork的片段，其实就是空间换时间的做法。

但是这种做法不太适合小内存机器，相比内存的额外开销所带来的仅仅几毫秒的提速，似乎并不是特别划算。

2. Launcher将自身pause   5s 665ms

大概过程就是检测到前台此时resume状态的Activity是Launcher界面，就会通知桌面应用的 Activity 进入 Paused 状态，有些厂商会定制化桌面icon按压的效果，我手头的小米手机上按压会有一个置灰缩小的动画。

Launcher onpause执行完成之后，便会开始启动动画，对应的会是一连串的帧。

前面的内容大致对应了

点击icon->input事件的分发-> fork进程 -> Launcher onpause

launcher启动动画的过程中，支付宝开始同步执行生命周期，如果支付宝生命周期执行结束，则启动动画也会结束并切换到应用窗口

这块大致的过程是:

ZygoteInit->ActivityThreadMain->BindApplication->StartActivity->
onresume->doFrame->display

对于应用开发人员而言，关注点是从BindApplication开始，这个时间点是应用开发者最早能够控制的时间点。

ZygoteInit->ActivityThreadMain

• ZygoteInit  -> 5s 669ms

  标识支付宝进程初始化开始，创建binder线程池之类的事务

• ActivityThreadMain   -> 5s 670ms

  创建并启动主线程的 loop 消息循环；

  通过 binder 调用 AMS 的 attachApplication 接口将自己 attach 注册到 AMS 中。

关键时间点

bindApplication 起始点5s 676ms，耗时112ms

bindApplication段CPU运行情况

bindApplication耗时拆分

这个过程简单概述下来就是

1. 创建 Activity 的 Context；

2. 通过反射创建 Activity 对象；

3. 执行 Activity 的 attach 动作，其中会创建应用窗口的 PhoneWindow 对象并设置 WindowManage；

4. 执行应用 Activity 的 onCreate 生命周期函数，并在 setContentView 中创建窗口的 DecorView 对象；

   
   

activityStart时间段CPU执行情况

activityStart拆分耗时

这个阶段主要对应的操作

1. 执行应用 Activity 的 onResume 生命周期函数；

2. 执行 WindowManager 的 addView 动作开启视图绘制逻辑；

3. 创建 Activity 的 ViewRootImpl 对象；

4. 执行 ViewRootImpl 的 setView 函数开启 UI 界面绘制动作；

市面上有很多应用打开后会有一个启动界面，这个界面叫做SplashActivity，一般会在这个页面可以做一些App数据初始化的工作。

如果应用没有SplashActivity的话，那这个环节可以直接跳过直接来到应用首页帧即可。

关键时间点: 启动页首帧  5s 893ms ,耗时37ms

首帧绘制结束时间点   5s931ms

注意一点的是:

这里的finish draw只有在mDrawsNeededToReport为0时才会打印

mDrawsNeededToReport的含义是

A count of the number of calls to pendingDrawFinished we require to notify the WM drawing is complete.

简单的理解这次的绘制序列结束后会打印，所以我们在首页帧后面找不到finish draw是因为首页会加载很多内容，对应的是会有很多帧才能完成，所以首页帧的结束点用finish draw并不适用。

还有一点值得注意，因为我们这个案例中是以支付宝为例的，支付宝是有SplashActivity的 ，所以Systrace中你所看到的launching: com.eg.android.AlipayGphone耗时不能代表整个启动过程。

只能粗略的代表启动到SplashActivity首帧的耗时， 但是可以在和竞品数据对比时作为一个参考指标

launching: com.eg.android.AlipayGphone 286.6ms

到这里 , 从dispatchPtr:Up的5s 617ms到SplashActivity首帧绘制结束时间点5s931ms，共耗时314ms

这一帧的拆分耗时

这一帧的cpu运行情况

渲染结束后将buffer queue到SF的队列中

对于有源码的应用，定义结束帧会比较简单，加载哪个view或layout能够大致代表界面内容显示完全作为owner你是清楚的。

但是对于三方应用比如我们这个案例，没有其源代码，可以通过高速相机先大致确认下时间范围，然后在范围区域内的几帧逐一看。

可以先查看下支付宝首页的布局，比如这里home_advertisement.xml对应主界面上的中间广告页，这个布局的加载完成，其后面紧跟着的一帧我我们就认为是结束帧。

所以我们在对比竞品的Systrace时也要以home_advertisement.xml加载后的一帧为结束点。

SF侧以及渲染线程侧

关键时间点: 

SF中bufferQueue对应的支付宝这一帧的buffer被消费后的时间点是 6s554ms

这个时间点可以基本认为是冷启动最后的时间点

到这里我们计算下大概的耗时

• inputReader中读取到up事件起始点 : 5s 617ms

• 首页内容完全加载第一帧时间点:  6s554ms

整个冷启动过程共计耗时937ms，和我们高速相机测算的925ms比较接近

笔者曾经梳理过这块的流程，自以为明白了，但是本次梳理的过程中发现有些地方，并不能做到自圆其说，究其根本还是没有真正理解。

这块的内容也绝非网上看几篇文章就能理解，唯有亲身实际梳理过这块的流程，并且能够在脱离文档的情况下清晰准确的讲述出来，才能算的上是真正的理解。

到这里，对于支付宝的整个启动流程拆解结束，希望通过本文能够加深对应用启动流程的理解，后面会另行成文分析和竞品机的差异细节。