【性能优化】--perfetto分析思路

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在 Perfetto 中分析“一帧完整绘制过程”时，核心是追踪从应用发起绘制请求到屏幕最终渲染的全链路，涉及 Android 系统的三大核心组件：应用进程（App）、SurfaceFlinger（合成服务）、显示硬件（如 GPU、屏幕刷新）。以下是具体分析方法：

一、一帧完整绘制的关键阶段

正常情况下，一帧的完整流程包含 4 个核心步骤（简称“渲染流水线”）：

1. 应用绘制（App Draw）：应用进程通过 Canvas 或 OpenGL/ Vulkan 绘制 UI 元素（如 View 布局、自定义绘制）。
2. 提交缓冲区（Buffer Queue）：应用将绘制结果（图形缓冲区）提交到 SurfaceFlinger 的 BufferQueue。
3. 合成（Compose）：SurfaceFlinger 接收多个应用的缓冲区，进行图层合成（如叠加、透明度处理）。
4. 显示（Present）：合成结果发送到显示硬件（如通过 HWC 硬件合成），最终在屏幕上刷新显示。

这一过程需匹配屏幕刷新率（如 60Hz 对应每帧约 16.6ms），超过该时间会导致卡顿。

二、在 Perfetto 中搜索关键事件与函数

需通过过滤以下事件类型和函数/进程名，定位一帧的完整链路：

1. 应用进程（App）的绘制阶段

• 核心进程：目标应用进程（如 com.example.myapp）。
• 关键事件/函数：
  • Choreographer#doFrame：系统向应用发送的帧回调（触发应用开始绘制），是一帧的起点。
    • 搜索关键词：Choreographer.doFrame 或 android.animation.Choreographer.doFrame。
  • ViewRootImpl#performTraversals：应用执行测量（measure）、布局（layout）、绘制（draw）的入口。
    • 搜索关键词：ViewRootImpl.performTraversals。
  • Canvas.draw*：应用通过 Canvas 绘制的具体操作（如 drawRect、drawText）。
  • OpenGL/Vulkan 调用：若使用硬件加速，会有 glDrawArrays、vkQueueSubmit 等 GPU 绘制函数。

2. 缓冲区提交阶段

• 核心进程：应用进程 + surfaceflinger 进程。
• 关键事件/函数：
  • Surface#queueBuffer：应用将绘制完成的缓冲区提交给 BufferQueue。
    • 搜索关键词：Surface.queueBuffer 或 android.view.Surface.queueBuffer。
  • BufferQueueProducer#queueBuffer：BufferQueue 接收应用提交的缓冲区（SurfaceFlinger 侧）。

3. SurfaceFlinger 合成阶段

• 核心进程：surfaceflinger（系统合成服务）。
• 关键事件/函数：
  • SurfaceFlinger::onMessageInvalidate：SurfaceFlinger 收到缓冲区更新，触发合成。
  • SurfaceFlinger::commit：执行图层合成（软件合成或硬件合成）。
  • HWComposer::presentDisplay：若使用硬件合成（HWC），将合成结果提交给显示硬件。

4. 显示刷新阶段

• 核心事件：
  • vsync：垂直同步信号（屏幕刷新的时间基准），每帧一次，由硬件触发。
    • 搜索关键词：vsync 或 VSYNC（通常在 ftrace 事件中以 vsync-app 或 vsync-sf 区分应用侧和 SurfaceFlinger 侧的 VSYNC）。
  • display_hw 相关事件：显示硬件的刷新完成事件（如 hwc_commit）。

三、具体分析步骤

以“分析某应用的一帧绘制流程”为例：

1. 定位目标时间段

• 加载包含应用交互的 trace 文件（如滑动页面时的追踪）。
• 在左侧 Processes 中展开目标应用进程（如 com.example.myapp）和 surfaceflinger 进程，显示其线程活动。

2. 找到“一帧的起点”：Choreographer.doFrame

• 在顶部搜索框输入 Choreographer.doFrame，主视图会高亮所有应用侧的帧回调事件。
• 点击某一个 doFrame 事件块，右侧详情面板会显示其开始时间（如 t=1000ms）和线程（通常是应用的 main 线程）。

3. 追踪应用绘制链路

• 从 doFrame 开始，在应用 main 线程的时间轴上，向后查找：
  • 若出现 ViewRootImpl.performTraversals 事件，说明进入测量、布局、绘制阶段。
  • 后续若有 Canvas.draw* 或 glDrawArrays 等事件，对应具体绘制操作。
  • 绘制结束后，会出现 Surface.queueBuffer 事件，标志应用提交缓冲区完成（记录此时时间 t1）。

4. 追踪 SurfaceFlinger 合成链路

• 切换到 surfaceflinger 进程的线程（通常是 main 线程），查找 BufferQueueProducer.queueBuffer 事件（对应应用提交的缓冲区到达 SurfaceFlinger，时间 t2）。
• 后续会出现 SurfaceFlinger.commit 或 HWComposer.presentDisplay 事件，标志合成完成（时间 t3）。

5. 确认帧显示完成：VSYNC 与显示事件

• 在左侧 CPUs 或 Events 中查找 vsync 事件，合成完成后下一个 vsync 信号会触发屏幕刷新（时间 t4）。
• 一帧的总耗时为 t4 - t0（t0 为上一帧的 vsync 时间），若超过 16.6ms（60Hz）则可能卡顿。

6. 分析瓶颈

• 应用绘制耗时过长：若 performTraversals 到 queueBuffer 时间过长（如 >10ms），说明应用布局复杂或绘制逻辑低效（需优化 View 层级、减少过度绘制）。
• 合成耗时过长：surfaceflinger 中 commit 到 presentDisplay 时间过长，可能是图层过多或硬件合成能力不足（需减少图层、使用 SurfaceControl 优化）。
• VSYNC 对齐问题：若帧提交时间错过 VSYNC 信号，会导致多等待一帧（如本应 16ms 显示，实际 32ms），需检查应用是否及时响应 doFrame。

四、实用工具与技巧

1. 使用“Frame Timeline”视图
   若 trace 包含 android.frame_timeline 数据源（需在配置中添加），左侧会出现 Frame Timeline 追踪项，直接显示每帧的开始/结束时间、总耗时及各阶段分解（如 App、SF、Present 耗时），一目了然。

2. 通过 SQL 统计帧耗时
   在 Perfetto 的 SQL 编辑器中执行以下查询，统计应用每帧的总耗时：

   SELECTts / 1e6 AS start_ms,  -- 帧开始时间（毫秒）dur / 1e6 AS frame_duration_ms,  -- 帧总耗时（毫秒）package  -- 应用包名
   FROM android_frame_timeline_slice
   WHERE package = 'com.example.myapp'
   ORDER BY start_ms;
   

   若 frame_duration_ms 频繁 >16.6，则存在卡顿。

3. 对比正常帧与卡顿帧
   找到耗时正常的帧（如 10ms）和卡顿帧（如 30ms），对比两者在应用绘制、合成阶段的事件差异，定位卡顿帧中额外的耗时操作（如突然出现的大对象绘制、锁等待）。

通过以上方法，可清晰拆解一帧的完整流程，并定位各阶段的性能瓶颈。核心是抓住 Choreographer.doFrame（起点）、queueBuffer（应用提交）、SurfaceFlinger 合成、VSYNC（显示）这几个关键节点，结合时间差分析耗时。

送显
在 Android 性能分析（尤其是图形渲染和帧显示流程）中，“送显” 是指将最终合成的图像数据提交给显示硬件（如屏幕、显示屏控制器），并由硬件完成实际像素刷新的过程，是一帧画面从“系统处理完成”到“用户可见”的最后一步。

送显的核心作用

在帧渲染的全链路中，应用进程完成绘制、SurfaceFlinger 完成图层合成后，得到的是一帧完整的图像数据（通常存储在图形缓冲区中）。送显就是将这一缓冲区的数据“交付”给显示硬件，触发屏幕的物理刷新，让用户看到这一帧画面。

送显的关键环节

1. 合成结果提交
   SurfaceFlinger 完成图层合成后（无论是软件合成还是硬件合成 HWC），会将最终的图像缓冲区通过 HWComposer（硬件合成器） 提交给显示控制器（Display Controller）。

   • 对应关键事件：HWComposer::presentDisplay（Perfetto 中可搜索该函数名追踪）。

2. 显示硬件刷新
   显示控制器接收到缓冲区后，会等待下一个 VSYNC（垂直同步信号），在信号触发时将缓冲区数据发送到屏幕的物理像素，完成实际显示。

   • VSYNC 是屏幕刷新的时间基准（如 60Hz 屏幕每 16.6ms 一次），确保画面刷新与屏幕扫描节奏一致，避免画面撕裂。

送显在 Perfetto 中的分析关注点

• 送显时机：通过搜索 vsync 事件和 presentDisplay 事件，查看合成完成到送显的时间间隔。若间隔过长，可能导致帧显示延迟（错过 VSYNC 信号，需多等待一帧）。
• 送显成功率：若频繁出现 hwc_commit_failed 等事件，可能是硬件合成失败或缓冲区异常，导致画面卡顿或闪烁。
• 送显耗时：正常情况下送显应在 1-2ms 内完成，若耗时过长（如超过 5ms），可能是显示硬件性能不足或驱动问题。

简言之，“送显”是连接系统图形处理与用户视觉感知的最后一步，直接影响帧显示的及时性和流畅度。

在 Perfetto 的 trace 中分析卡顿问题时，核心是先通过帧耗时判断卡顿类型，再定位卡顿发生的阶段（应用绘制、合成、送显等），最后聚焦具体函数或事件作为切入点深入分析。以下是具体方法：

一、先确定卡顿类型：按“帧耗时超标原因”分类

卡顿的本质是单帧耗时超过屏幕刷新率对应的阈值（如 60Hz 屏幕单帧应 ≤16.6ms，90Hz 应 ≤11.1ms）。根据卡顿发生的环节，可分为以下几类：

卡顿类型	核心特征（Perfetto 中表现）	常见原因
应用绘制卡顿	应用进程（如 com.example.app）的 main 线程耗时过长（doFrame 到 queueBuffer 阶段 >10ms）	布局复杂、过度绘制、主线程做耗时操作（如 IO、大量计算）、自定义 View 绘制低效等。
合成卡顿	SurfaceFlinger 进程（surfaceflinger）的合成阶段耗时过长（queueBuffer 到 presentDisplay 阶段 >5ms）	图层过多（>4 层）、硬件合成（HWC）失败降级为软件合成、图层格式不兼容导致额外转换等。
送显卡顿	合成完成到屏幕显示的时间间隔过长（错过 VSYNC 信号，导致多等待一帧）	合成完成时间晚于 VSYNC 信号、显示硬件（如 GPU、显示屏控制器）响应慢、缓冲区争夺等。
系统资源卡顿	应用或 SurfaceFlinger 线程被阻塞（如锁等待、CPU 资源被抢占），导致无法及时处理帧任务	其他进程占用过高 CPU（如后台进程频繁唤醒）、线程优先级低被抢占、锁竞争（如 synchronized 阻塞）等。

二、分析切入点：从“帧链路关键节点”定位卡顿阶段

1. 第一步：找到卡顿帧，确定总耗时

• 通过 Frame Timeline 快速定位（推荐）：
  若 trace 包含 android.frame_timeline 数据源（配置时需添加），左侧 Frame Timeline 追踪项会直接显示每帧的：

  • 总耗时（Duration）：若超过 16.6ms（60Hz），即为卡顿帧。
  • 各阶段耗时分解：App（应用绘制）、SF（SurfaceFlinger 合成）、Present（送显）。
    例如：某帧 App 耗时 20ms，SF 耗时 3ms，Present 耗时 1ms → 确定为应用绘制卡顿。

• 手动追踪帧链路（无 Frame Timeline 时）：
  以 Choreographer.doFrame（应用帧起点）为基准，到下一个 VSYNC 信号（显示终点）的时间差即为单帧耗时。若超过阈值，标记为卡顿帧。

2. 第二步：按卡顿类型定位切入点

（1）应用绘制卡顿：从应用主线程的“耗时操作”切入

• 核心追踪目标：应用 main 线程的 doFrame → performTraversals → queueBuffer 链路。
• 切入点操作：
  1. 在卡顿帧的 doFrame 事件后，查看应用 main 线程的时间轴，找到持续时间长的函数块（超过 5ms 的事件）。
  2. 重点搜索以下关键词，定位具体耗时操作：
     • ViewRootImpl.performTraversals：若耗时过长（如 >8ms），说明测量（measure）、布局（layout）、绘制（draw）阶段有问题。
       • 展开该事件，查看子事件：measure 耗时高 → 布局层级过深或 onMeasure 逻辑复杂；draw 耗时高 → 过度绘制或 onDraw 中做耗时计算。
     • Canvas.draw* 或 glDrawArrays：若某绘制函数（如 drawBitmap）耗时过长 → 图片过大或绘制频繁。
     • Handler.dispatchMessage 或 Runnable.run：若主线程执行了非 UI 操作（如 new Thread 意外在主线程运行）→ 阻塞绘制。
     • Binder.call：若主线程频繁调用 Binder（如跨进程通信）→ IPC 耗时阻塞绘制。

（2）合成卡顿：从 SurfaceFlinger 的“图层处理”切入

• 核心追踪目标：surfaceflinger 进程的 main 线程（合成主线程）或 RenderEngine 线程（软件合成）。
• 切入点操作：
  1. 查看卡顿帧中 surfaceflinger 的 queueBuffer（接收应用缓冲区）到 presentDisplay（提交给硬件）的时间差，若 >5ms 则为合成卡顿。
  2. 重点搜索以下关键词：
     • SurfaceFlinger::commit：若耗时过长 → 图层合成逻辑复杂，可进一步查看是否有 SoftwareComposer 相关事件（说明硬件合成失败，降级为软件合成，耗时更高）。
     • Layer::prepare 或 Layer::composite：若某图层处理耗时高 → 该图层可能过大（如全屏图层）、格式不兼容（如 YUV 转 RGB）或有透明度过高（需混合计算）。
     • HWComposer::validateDisplay：若耗时高 → 硬件合成器（HWC）处理图层时出现瓶颈，可能是图层数量超过硬件限制（如超过 4 层）。

（3）送显卡顿：从“VSYNC 对齐”和“缓冲区”切入

• 核心追踪目标：vsync 信号、presentDisplay 事件、BufferQueue 状态。
• 切入点操作：
  1. 查看合成完成时间（presentDisplay 的 ts）与下一个 vsync 信号的时间差：
     • 若合成完成时间在 vsync 信号之后 → 错过本次刷新，需等待下一帧（多 16.6ms），属于送显延迟。
  2. 搜索 buffer_queue 相关事件：
     • 若出现 dequeueBuffer blocked（申请缓冲区阻塞）→ 应用或 SurfaceFlinger 缓冲区不足（如未及时释放），导致送显等待。
     • 若 acquireBuffer 耗时过长 → SurfaceFlinger 获取应用缓冲区延迟，可能是缓冲区被占用（如应用未及时提交）。

（4）系统资源卡顿：从“线程阻塞”和“CPU 调度”切入

• 核心追踪目标：应用/surfaceflinger 线程的状态（如 Running/Sleeping/Uninterruptible）、CPU 核心负载、锁事件。
• 切入点操作：
  1. 查看卡顿帧期间，应用 main 线程或 surfaceflinger 线程是否频繁处于 Sleeping 或 Uninterruptible 状态：
     • 若 Sleeping 时间长 → 可能被低优先级线程抢占，或等待锁（如 synchronized 锁被其他线程持有）。
     • 搜索 sched_switch 事件：查看线程被切换出去的原因（prev_state=S 表示休眠），以及切换进来的线程（是否被高优先级线程抢占）。
  2. 查看 CPU 核心负载（左侧 CPUs 展开各核心）：
     • 若某核心长期 100% 占用（绿色块填满时间轴）→ 可能是其他进程（如后台服务）占用过多 CPU，导致应用线程无法调度。
     • 搜索进程名：通过顶部搜索框查找高 CPU 占用的进程（如 com.android.systemui 异常活跃）。

三、实战技巧：快速缩小范围

1. 对比正常帧与卡顿帧：
   找到同一操作下的正常帧（如 10ms）和卡顿帧（如 30ms），对比两者在应用绘制、合成、CPU 调度上的差异。例如：卡顿帧中多了一个 onDraw 耗时 20ms 的事件 → 切入点就是该 onDraw 函数。

2. 利用 SQL 统计耗时TOP事件：
   在 Perfetto 的 SQL 编辑器中执行查询，定位应用主线程中耗时最长的函数：

   SELECTname,  -- 函数名SUM(dur) / 1e6 AS total_ms,  -- 总耗时（ms）COUNT(*) AS count  -- 调用次数
   FROM slice
   WHERE utid IN (SELECT utid FROM thread WHERE name = 'main' AND process.name = 'com.example.app')
   GROUP BY name
   ORDER BY total_ms DESC
   LIMIT 10;
   

   结果中排名靠前的函数（如 View.draw）即为重点分析对象。

3. 结合日志定位场景：
   若 trace 包含 android.log 数据源，可通过搜索应用日志（如 D/MyApp: 开始滑动）定位卡顿发生的业务场景（如滑动列表、弹窗显示），再聚焦该场景下的帧链路。

总结

1. 先通过 Frame Timeline 或帧链路确定卡顿帧的总耗时及各阶段占比，划分卡顿类型（应用/合成/送显/资源）。
2. 针对不同类型，聚焦对应进程（应用/surfaceflinger）和线程（main 线程/合成线程）。
3. 搜索关键函数（如 performTraversals、commit）或事件（vsync、sched_switch），找到耗时最长的操作作为切入点，逐步拆解具体代码或逻辑问题。

通过这种“定位类型→聚焦阶段→拆解操作”的流程，可高效定位卡顿根源。