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鸿蒙（HarmonyOS）性能优化实战——Trace

往期推文全新看点

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  • 持续更新中……

概述

OpenHarmony的DFX子系统提供了为应用框架以及系统底座核心模块的性能打点能力，每一处打点即是一个Trace，其上附带了记录执行时间、运行时格式化数据、进程或线程信息等。开发者可以使用SmartPerf-Host调试工具 对Trace进行解析，在其绘制的泳道图中，对应用运行过程中的性能热点进行分析，得出优化方案。本文旨在介绍OpenHarmony中常用的Trace，解释它们的含义和用途，并阐述如何通过这些Trace来识别潜在的性能问题。同时，我们还将详细介绍Trace的工作原理，帮助读者更好地理解这些Trace及如何实现性能数据的采集和分析。通过本文的阅读，读者将对OpenHarmony中的Trace有一个深入的了解，为应用程序性能优化提供有力支持。

常用Trace及含义

下面将从渲染流程入手，配合常用场景介绍常用Trace。

渲染流程

与其他操作系统相同，OpenHarmony也是由Vsync信号控制每一帧绘制操作的时机。Vsync信号是一个垂直同步信号，它指示显示器在垂直空白期之后开始下一帧的刷新。设备的屏幕以固定的频率发送Vsync信号，以刷新率60Hz举例，则屏幕每隔16.6ms发送一次Vsync信号。在收到Vsync信号后，UI后端引擎开始准备屏幕的下一帧绘制，然后应用程序提交渲染命令，用于描述图形绘制、纹理设置、着色器使用等。一旦应用程序提交了渲染命令，UI后端引擎会将其添加到渲染队列中，并在合适的时机执行这些渲染命令，通常会在后台线程执行，以确保主线程不被长时间阻塞。当这些渲染命令被UI后端引擎执行时，它们会被传递给图形系统Render Service进行处理，图形系统会根据命令进行相应的图形计算和渲染操作，如顶点变换、光照、纹理贴图等。在图形系统完成渲染后，渲染结果将被写入帧缓冲区。帧缓冲区是一个内存区域，存储用于显示器输出的图像数据。一旦帧缓冲区更新完成，UI后端引擎会等待直到下一个Vsync信号到来，这个过程是为了确保渲染结果在显示器垂直消隐之前准备好。当下一个Vsync信号到来时，UI后端引擎将已经准备好的帧缓冲区的内容发送给显示器，显示器根据这些数据刷新自己的像素，至此完成一整个渲染周期。如图1所示。

图1 渲染流程图

从Trace角度来看，一帧的渲染流程如下：

（1）Vsync信号到达；
（2）UI后端引擎进行第一帧绘制；
（3）向Render Service通信，传输绘制命令并请求一帧；
（4）Render Service对多个图层进行合并，计算刷新区域，然后进行渲染和绘制本帧；
（5）完成一帧绘制后交给屏幕。

一帧的渲染流程中的UI后端引擎的常用Trace的含义如图2所示。

图2 UI后端引擎渲染Trace泳道图


序号Trace参数说明描述1OnVsyncEvent now:%" PRIu64 "当前时间戳–纳秒级收到Vsync信号，渲染流程开始2FlushVsync刷新视图同步事件，包括记录帧信息、刷新任务、绘制渲染上下文、处理用户输入3UITaskScheduler::FlushTask刷新UI界面，包括布局、渲染和动画等4FlushMessages发送消息通知图形侧进行渲染5FlushLayoutTask执行布局任务6FlushRenderTask %zu当前页面上的需要渲染的节点的数量总渲染任务执行7Layout节点布局8FrameNode::RenderTask单个渲染任务执行9ListLayoutAlgorithm::MeasureListItem:%d当前列表项索引计算列表项的布局尺寸
图形图像子系统中的Render Service，是负责界面内容绘制的部件，处理由各个应用提交的统一渲染任务，将不同应用渲染的图层进行合并、送显。在收到每个Vsync周期信号时，首先处理应用提交的指令，包括应用渲染树节点的新增、删除、修改，然后进行动画计算和遮挡计算，以上是为了对统一渲染树进行更新。接下来开始对渲染树执行绘制，首先预处理每个节点，计算绝对位置和脏区信息，然后针对脏区进行绘制，优先使用硬件合成器进行绘制，当遇到无法合成绘制的，交由GPU执行重绘，绘制的所有结果都将存入屏幕缓冲区，最后将绘制结果提交送显、上屏展示。

当Vsync信号刷新时，如图3所示。

图3 RS侧渲染Trace泳道图


序号Trace描述1RSMainThread::DoComposition合成渲染树上各节点图层2RSMainThread::ProcessCommand处理client端指令3Animate动画处理4RSMainThread::CalcOcclusion遮挡计算5ProcessDisplayRenderNode[x]单个显示器画面的绘制流程6ProcessSurfaceNode:x单个节点的合成器处理7Repaint硬件合成器合成绘制8Redraw无法进行合成，则执行重绘9RenderFrameGPU执行绘制10SwapBuffers刷新屏幕缓冲区11Commit绘制结果提交上屏

懒加载

懒加载使用LazyForEach实现，LazyForEach从提供的数据源中按需迭代数据，并在每次迭代过程中创建相应的组件。当LazyForEach在滚动容器中使用时，框架会根据滚动容器可视区域按需创建组件。当组件滑出可视区域外时，框架会进行组件销毁以降低内存占用。图4抓取的是懒加载过程中一帧的Trace。

图4 懒加载Trace泳道图


序号Trace参数说明****描述1OnIdle, targettime:%" PRId64 "时间戳，在这个时间之前完成该任务idle事件循环中检查是否有新的事件需要处理，如果有，则将任务调度器加入UI线程中并执行预测任务2expiringItem_ count:[%zu]懒加载Item的个数预构建，包含处理所有懒加载项3List predict添加预测布局任务4Builder:BuildLazyItem [%d]需创建的项目索引在需要时创建项，并进行缓存5Layout[%s][self:%d][parent:%d]tag标签，当前节点在UINode树中的索引，父节点在UINode树中的索引当前帧节点布局6Build[%s][self:%d][parent:%d]tag标签，当前节点在UINode树中的索引，父节点在UINode树中的索引当前帧节点构建7CustomNode:BuildRecycle %sJS视图名称触发复用渲染8ExecuteJS执行JS代码

页面加载

当触发页面加载时，OpenHarmony会创建一个新的页面实例，然后按照特定的程序调用页面的生命周期方法。在生命周期方法中加载页面的布局，然后将数据绑定到页面上的视图元素，使页面能够显示和更新数据。图5抓取的是页面加载中一帧的Trace。

图5 页面加载帧Trace泳道图


序号Trace参数说明****描述1PageRouterManager::RunPage页面路由预处理及加载页面2PageRouterManager::LoadPage加载页面并路由3JsiDeclarativeEngine::LoadPageSource加载一个JavaScript文件并将其解析为ABC字节码4JsiDeclarativeEngine::LoadJsWithModule Execute Page code : %s页面url地址执行页面代码5Build[%s][self:%d][parent:%d]tag标签，当前节点在UINode树中的索引，父节点在UINode树中的索引当前帧节点构建6CustomNode:BuildItem %sJS视图名称渲染子节点然后将其挂载到父节点上7ViewChangeCallback(%d, %d)视图宽，视图高视图变化回调

Trace实践

以下示例采用

LazyForEach

的方式遍历列表，并借助 SmartPerf-Host调试工具 追踪代码执行流程。
在代码示例中，使用一个List容器组件，通过懒加载方式来创建出120个IconView自定义组件。在IconView组件中，使用了Flex容器组件包含Image和Text子组件，形成了图文混合列表。

// src/main/ets/pages/LazyForEachPage.ets

@Entry
@Component
struct LazyForEachPage {private iconItemSourceList =newListData();aboutToAppear(){// 添加120个IconItem的数据......}build(){Column(){Text('懒加载示例').fontSize(24).fontColor(Color.Black).fontWeight(FontWeight.Bold).textAlign(TextAlign.Start).width('90%').height(50)List({ space:20}){LazyForEach(this.iconItemSourceList,(item: IconItemModel)=>{ListItem(){IconItem({ image: item.image, text: item.text })}},(item: IconItemModel, index)=> index.toString())}.divider({ strokeWidth:2, startMargin:20, endMargin:20})// 每行之间的分界线.width('100%').height('100%').layoutWeight(1)}.width('100%').height('100%').alignItems(HorizontalAlign.Center)}}

// src/main/ets/view/IconView.ets

@Component
export struct IconItem {
  image:string| Resource ='';
  text:string| Resource ='';build(){Flex({ direction: FlexDirection.Row, justifyContent: FlexAlign.Center, alignContent: FlexAlign.Center }){Image(this.image).height(40).width(40).objectFit(ImageFit.Contain).margin({
          left:15})Text(this.text).fontSize(20).fontColor(Color.Black).width(100).height(50).textAlign(TextAlign.Center)}.width('100%').height(50)}}

下面使用 SmartPerf-Host调试工具 抓取htrace文件，并生成一个跟踪泳道分析图，来了解示例代码的加载流程。跟踪泳道分析图被分为五个部分，每个部分都标注数字并框选出相应的标签，从而使得整体的过程能够得到更好的理解。

图6 LazyForEach遍历的列表的泳道分析图

接下来，逐一解析这五个模块的详情：

1.加载并路由LazyForEach页面

图7 加载并路由LazyForEach页面泳道图

  • H:JsiDeclarativeEngine::LoadPageSource加载一个 JavaScript 文件，并且解析为 ABC 字节码；
  • H:FlushPipelineWithoutAnimation 清理渲染管道的操作；
  • H:CustomNode:OnAppear 用于构建当前 OnAppear 生命周期的操作，并执行aboutToAppear生命周期函数；
  • H:CustomNode:BuildItem LazyForEachPage 渲染子节点并挂载在 LazyForEachPage 页面上。

2.对当前帧节点Stage，执行布局任务、执行渲染任务并通知图形侧进行渲染

图8 对当前帧节点Stage，执行布局任务、执行渲染任务并通知图形侧进行渲染泳道图

  • H:Layout[stage][self:1][parent:0]对当前帧节点Stage，执行布局任务；(Stage作为框架，承载着页面Page节点。因此，标签的呈现会从Stage开始) - H:Measure[%s][self:17][parent:16] 对Page、Column、Row、Image、Text等组件布局尺寸计算；- H:Builder:BuildLazyItem [0]和H:ListLayoutAlgorithm::MeasureListItem:0 分别为创建一个LazyItem项目和计算列表项的布局尺寸；- H:Layout[%s][self:38][parent:37] 对Page、Column、Row、Image、Text等组件执行布局任务；
  • H:FrameNode::RenderTask 执行渲染任务；
  • H:RequestNextVSync 请求下一帧Vsync信号。

3.对当前帧节点Flex，执行布局任务、执行渲染任务并通知图形侧进行渲染

图9 对当前帧节点Flex，执行布局任务、执行渲染任务并通知图形侧进行渲染泳道图

  • H:Layout[Flex][self:63][parent:62]对当前帧节点Flex，执行布局任务； - H:Measure[%s][self:17][parent:16] 对Image、Text等组件布局尺寸计算；
  • H:FrameNode::RenderTask Flex渲染任务执行；
  • H:RequestNextVSync 请求下一帧Vsync信号。

4.构建前预处理数据及添加预测布局任务

图10 构建前预处理数据及添加预测布局任务泳道图

  • H:Builder:BuildLazyItem [11]构建前预处理数据了11条数据；
  • H:Layout[ListItem][self:76][parent:-1] 添加一条Flex、Image、Text的预测布局；
  • H:FlushMessages 发送消息通知图形侧进行渲染。

5.合成渲染树上各节点图层任务

图11 合成渲染树上各节点图层任务泳道图

  • H:AcquireBuffer、H:ProcessSurfaceNode:EntryView XYWH[0 0 720 1280]获取屏幕缓冲区并绘制EntryView、SystemUi_StatusBar、SystemUi_NavigationBar等；
  • H:Repaint 硬件合成器合成绘制当前节点树。

自定义Trace

开发者可以根据业务需求，使用hiTraceMeter进行自定义Trace打点跟踪，目前支持ArkTS和Native，具体使用细节可参考下方链接：

性能打点跟踪开发指导（ArkTS）
性能打点跟踪开发指导（Native）

添加自定义Trace后，可在 SmartPerf-Host调试工具 上查看，自定义Trace将以独立泳道的形式呈现在对应打点的进程下。
下图两条泳道使用了startTrace和finishTrace方法，表示程序运行过程中，指定标签从调用startTrace到调用finishTrace的耗时统计。图中记录了CUSTOM_TRACE_TAG_1和CUSTOM_TRACE_TAG_2两个标签，先后呈现了2个标签的耗时统计。

图12 自定义Trace示例

下图两条泳道使用了TraceByValue方法，表示程序运行过程中，指定Trace在对应时间段内的状态值，状态值含义可按需传参，开发者可以通过鼠标放置在对应数据块上，来查看具体的状态值。图中记录了CUSTOM_TRACE_TAG_2标签在红色方框标识的时间段内，打点状态值为2001。

图13 自定义状态值示例

性能打点原理

Trace的生成依赖了DFX子系统中的HiTrace组件，其中包含的hiTraceMeter模块为开发者提供系统性能打点接口，具体细节可参考下方链接：

HiTrace组件
hiTraceMeter模块

hiTraceMeter拥有两套开始和结束打点接口，实现对逻辑行为的耗时统计。由于耗时统计大多数以方法为单位，所以hiTraceMeter也提供了快速打点单个方法执行耗时的宏定义HITRACE_METER、HITRACE_METER_NAME、HITRACE_METER_FMT，使用它们，只需要在方法起始位置调用即可。这些宏定义依赖了方法内局部变量的生命周期，其原理是在方法开始时构造了一个打点实例，在实例构造函数中调用开始打点接口，当方法执行完毕，打点实例随着方法结束而执行析构，在实例析构函数中调用结束打点接口。

App中的打点示例

ArkUI框架子系统应用hiTraceMeter的例子，来源于 ArkUI开发框架 源码。
以下代码对hiTraceMeter进行接口封装，其原理与HITRACE_METER等相同，依赖方法内局部变量的生命周期实现快速打点。

// frameworks/base/log/ace_trace.h#defineACE_SCOPED_TRACE(fmt,...) AceScopedTrace aceScopedTrace(fmt,##__VA_ARGS__)#defineACE_FUNCTION_TRACE()ACE_SCOPED_TRACE(__func__)classACE_FORCE_EXPORT AceScopedTrace final {public:explicitAceScopedTrace(constchar* format,...)__attribute__((__format__(printf,2,3)));~AceScopedTrace();ACE_DISALLOW_COPY_AND_MOVE(AceScopedTrace);private:bool traceEnabled_ {false};};

以下代码是刷新视图同步事件，包括记录帧信息、刷新任务、绘制渲染上下文、处理用户输入。在方法开头调用宏定义ACE_FUNCTION_TRACE，将函数名FlushVsync作为Trace名称记录下来，并记录函数开始时间，在函数结束时记录函数结束时间，得出执行耗时。

// frameworks/core/pipeline/pipeline_context.cppvoidPipelineContext::FlushVsync(uint64_t nanoTimestamp,uint32_t frameCount){ACE_FUNCTION_TRACE();// 此处省略方法内的其他业务逻辑// ...}

RS中的打点示例

图形子系统应用hiTraceMeter的例子，来源于 图形子系统 源码。

以下代码对hiTraceMeter进行接口封装。

// utils/log/rs_trace.h#include"hitrace_meter.h"#defineROSEN_TRACE_BEGIN(tag, name)StartTrace(tag, name)#defineRS_TRACE_BEGIN(name)ROSEN_TRACE_BEGIN(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP, name)#defineROSEN_TRACE_END(tag)FinishTrace(tag)#defineRS_TRACE_END()ROSEN_TRACE_END(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP)#defineRS_TRACE_NAME(name)HITRACE_METER_NAME(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP, name)#defineRS_TRACE_NAME_FMT(fmt,...)HITRACE_METER_FMT(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP, fmt,##__VA_ARGS__)#defineRS_ASYNC_TRACE_BEGIN(name, value)StartAsyncTrace(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP, name, value)#defineRS_ASYNC_TRACE_END(name, value)FinishAsyncTrace(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP, name, value)#defineRS_TRACE_INT(name, value)CountTrace(HITRACE_TAG_GRAPHIC_AGP, name, value)#defineRS_TRACE_FUNC()RS_TRACE_NAME(__func__)

以下代码在显示器画面绘制方法。在方法开头调用宏定义RS_TRACE_NAME，将函数名ProcessDisplayRenderNode与对应的显示器id组合后，作为Trace名称记录下来，同时由于其本质是使用了快速打点单个方法的宏定义HITRACE_METER_NAME，于是只需要调用一次，即可收集到ProcessDisplayRenderNode函数的执行起终点时间，得出执行耗时。

// rosen/modules/render_service/core/pipeline/rs_surface_capture_task.cppvoidRSSurfaceCaptureVisitor::ProcessDisplayRenderNode(RSDisplayRenderNode &node){RS_TRACE_NAME("RSSurfaceCaptureVisitor::ProcessDisplayRenderNode:"+
        std::to_string(node.GetId()));// 此处省略方法内的其他业务逻辑// ...}

最后

总是有很多小伙伴反馈说：鸿蒙开发不知道学习哪些技术？不知道需要重点掌握哪些鸿蒙开发知识点？ 为了解决大家这些学习烦恼。在这准备了一份很实用的鸿蒙全栈开发学习路线与学习文档给大家用来跟着学习。

针对一些列因素，整理了一套纯血版鸿蒙（HarmonyOS Next）全栈开发技术的学习路线，包含了鸿蒙开发必掌握的核心知识要点，内容有（OpenHarmony多媒体技术、Napi组件、OpenHarmony内核、OpenHarmony驱动开发、系统定制移植……等）技术知识点。

《鸿蒙 (Harmony OS)开发学习手册》（共计892页）:https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

如何快速入门？

1.基本概念
2.构建第一个ArkTS应用
3.……

在这里插入图片描述

鸿蒙开发面试真题（含参考答案）:

在这里插入图片描述

《OpenHarmony源码解析》:

  • 搭建开发环境
  • Windows 开发环境的搭建
  • Ubuntu 开发环境搭建
  • Linux 与 Windows 之间的文件共享
  • ……
  • 系统架构分析
  • 构建子系统
  • 启动流程
  • 子系统
  • 分布式任务调度子系统
  • 分布式通信子系统
  • 驱动子系统
  • ……

图片

OpenHarmony 设备开发学习手册:https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

图片

标签： harmonyos 性能优化 移动开发
本文转载自: https://blog.csdn.net/CTrup/article/details/143059011
版权归原作者 CTrup 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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