Android UsageStatsService（應用使用統計服務）的學習與調研

一. 簡介

UsageStatsService是一個系統服務，其主要通過AMS等，來監測並記錄各個應用的使用數據，如上次調用com.android.settings的時間等。

UsageStatsService，a service that collects, aggregates, and persists application usage data. This data can be queried by apps that have been granted permission by AppOps.

代碼位置：frameworks/base/services/usage/java/com/android/server/usage/

UsageStatsService創建時，其在onStart()方法中會調用如下方法提供服務，

         publishLocalService(UsageStatsManagerInternal.class, new LocalService()); // AMS會調用

         publishBinderService(Context.USAGE_STATS_SERVICE, new BinderService()); // 給其他Service和APP調用

其中重點關注LocalService，ActivityManagerService有一個成員變量mUsageStatsService，其會統計4個UsageStatsService自定義的事件（MOVE_TO_FOREGROUND，MOVE_TO_BACKGROUND，CONFIGURATION_CHANGE，SYSTEM_INTERACTION）。mUsageStatsService的賦值在SystemServer#startCoreServices()方法中，如下：

         mActivityManagerService.setUsageStatsManager(LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class));

 

二. 事件

數據的事件類型有7種，全部定義在UsageEvents.java中，如下：

數值	事件	解釋	調用方	備注
1	MOVE_TO_FOREGROUND	An event type denoting that a component moved to the foreground	ActivityManagerService	例如當Activity被置於前台顯示時，會記錄此事件及時間，包括Activity名字
2	MOVE_TO_BACKGROUND	An event type denoting that a component moved to the background	ActivityManagerService	例如當Activity被置於后台時，會記錄此事件及時間，包括Activity名字
3	END_OF_DAY	An event type denoting that a component was in the foreground when the stats * rolled-over. This is effectively treated as a {@link #MOVE_TO_BACKGROUND}	UsageStatsService	每一次記錄事件時間時，都會判定，如果此次記錄時系統時間越過一天，此時會記錄此事件，它的作用是這次的時間會做為今天的最后一個記錄時間。 那么下次再記錄事件時，將會當作新的一天來記錄，新建一個新的XML文件
4	CONTINUE_PREVIOUS_DAY	An event type denoting that a component was in the foreground the previous day. * This is effectively treated as a {@link #MOVE_TO_FOREGROUND}	UsageStatsService	-
5	CONFIGURATION_CHANGE	An event type denoting that the device configuration has changed	ActivityManagerService	記錄下系統配置變化的數據，時間等
6	SYSTEM_INTERACTION	An event type denoting that a package was interacted with in some way by the system	ActivityManagerService	較多事件是此類型，具體解釋可見下方2
7	USER_INTERACTION	An event type denoting that a package was interacted with in some way by the user	NotificationManagerService	當一條通知顯示給用戶看時，會記錄此事件，包括時間，package等

重點介紹以下3個事件，

1. 事件【MOVE_TO_FOREGROUND與MOVE_TO_BACKGROUND】

Activity在前台顯示時，ActivityStackSupervisor.java中方法reportResumedActivityLocked()，其會調用ActivityManagerService#updateUsageStats()，resumedf參數為true，

Activity在后台時，ActivityStack.java中方法startPausingLocked()或removeHistoryRecordsForAppLocked()，其會調用ActivityManagerService#updateUsageStats()，resumedf參數為false，

void updateUsageStats(ActivityRecord component, boolean resumed) {

        ......
        if (resumed) {
            if (mUsageStatsService != null) {
                mUsageStatsService.reportEvent(component.realActivity, component.userId,
                        UsageEvents.Event.MOVE_TO_FOREGROUND);
            }
        ......
        } else {
            if (mUsageStatsService != null) {
                mUsageStatsService.reportEvent(component.realActivity, component.userId,
                        UsageEvents.Event.MOVE_TO_BACKGROUND);
            }
       ......
        }

}

在updateUsageStats()中會調用UsageStatsService的reportEvent方法，來記錄下MOVE_TO_FOREGROUND或MOVE_TO_FOREGROUND事件，以及Activity等，這些數據會通過UsageStatsService被保存。

 

2. 事件【SYSTEM_INTERACTION】

統計此事件的代碼調用順序是：AcitivityManagerService#applyOomAdjLocked()  -> ActivityManagerService#maybeUpdateUsageStatsLocked() -> mUsageStatsService.reportEvent(packages[i], app.userId, UsageEvents.Event.SYSTEM_INTERACTION);

代碼：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java#maybeUpdateUsageStatsLocked

其中在方法maybeUpdateUsageStatsLocked中，判斷是否向UsageStatsService發送此事件統計的依據之一是變量isInteraction（通過對比app.curProcState）。

舉個例子：

百度小米輸入法（com.baidu.input_mi）的進程狀態由PROCESS_STATE_NONEXISTENT（-1）變更為PROCESS_STATE_BOUND_FOREGROUND_SERVICE（3）時，AMS會向UsageStatsService發送此事件記錄。debug log如下：

Checking proc [[com.baidu.input_mi]] state changes: old = -1, new = 3

report SYSTEM_INTERACTION event, package = com.baidu.input_mi

 

另外，重點注意以下2點：

A. UsageStatsService中，SYSTEM_INTERACTION事件在數據存儲時，其event type會被記為0。代碼依據：

frameworks/base/services/usage/java/com/android/server/usage/IntervalStats.java#108

B. SYSTEM_INTERACTION事件的上次使用時間，在數據存儲時，會被記為0，通過UTC時間轉換后，是1970年1月1日

112        if (eventType != UsageEvents.Event.SYSTEM_INTERACTION) {
113            usageStats.mLastTimeUsed = timeStamp;
114        }

frameworks/base/services/usage/java/com/android/server/usage/IntervalStats.java#112

以上2點是應用使用統計服務的by design邏輯

 

三. 數據存儲

UsageStatsService的數據存儲在哪里？有一個類在管理UsageStatsDatabase，通過它的源碼即可發現，真正的數據持久化是存儲在XML中，XML位置：/data/system/usagestats/。XML的所有操作，例如讀，寫等，都被封裝在類UsageStatsXmlV1中，由UsageStatsDatabase調用。

以下介紹3個方面，以及重點介紹下【時間跳變時UsageStatsService是如何更新已記錄的時間】

1. 緩存與文件存儲

UsageStatsService每次在啟動時，都會先按照user生成各個UserUsageStatsService，其中每個對象都會先去各自的文件路徑下讀取數據到內存中。代碼如下：

98        for (int i = 0; i < mCurrentStats.length; i++) {
99            mCurrentStats[i] = mDatabase.getLatestUsageStats(i);
100          ......

此后每次外界reportEvent，都會先更新內存中的數據，相當於緩存。那什么時候內存中的數據會更新至文件中呢？主要有以下幾種情況：

	情況
內存中數據更新至文件中的時機	1. 手機關機，具體見：UsageStatsService.java#shutdown
	2. 系統時間跳變（如人為修改系統時間或時間隨網絡校准）
	3. 一天結束時，因為daily下面xml文件存儲一天的數據，此時需下次新建文件
	4. ......

數據在內存中保存在mCurrentStats變量中

 

2. 數據目錄按daily，monthly，weekly，yearly四個文件夾存儲，每個文件夾中包含若干個XML文件

如：

 

3. 每一個XML中的數據

打開一個XML，即可看到，存儲的數據包括三類，package上次訪問和使用的時間，configurations，event-log。舉例如下：

<?xml version='1.0' encoding='utf-8' standalone='yes' ?>

       <usagestats version="1" endTime="93054">

             <packages>

                   <package lastTimeActive="92995" package="com.android.settings" timeActive="87841" lastEvent="2" />

                   <package lastTimeActive="93054" package="com.miui.home" timeActive="5076" lastEvent="1" />

             </packages>

       <configurations>

             <config lastTimeActive="0" timeActive="0" count="1" active="true" fs="1065353216" locales="zh-CN" touch="3" key="1" keyHid="1" hardKeyHid="2" nav="1" navHid="2" ori="1" scrLay="268435810" ui="17" width="360" height="620" sw="360" density="480" />

       </configurations>

       <event-log>

             <event time="0" package="com.android.settings" class="com.android.settings.UsageStatsActivity" type="2" />

             <event time="61" package="com.miui.home" class="com.miui.home.launcher.Launcher" type="1" />

             <event time="5137" package="com.miui.home" class="com.miui.home.launcher.Launcher" type="2" />

             <event time="5154" package="com.android.settings" class="com.android.settings.MiuiSettings" type="1" />

             <event time="92995" package="com.android.settings" class="com.android.settings.MiuiSettings" type="2" />

             <event time="93054" package="com.miui.home" class="com.miui.home.launcher.Launcher" type="1" />

    </event-log>

</usagestats>

數據類型	簡介
package	以包為記錄單位，例如com.android.settings上一次被訪問的時間，上次被使用的時間以及事件類型。注意：其數值是能在event log中查詢找到，對應起來
configurations	由AMS發送事件給UsageStatsService來統計，記錄下系統配置變化的數據，時間等
event-log	以Activity為單位，例如桌面界面，上一次被訪問的時間，以及事件類型

注意：XML中package的lastEvent字段，event-log的type字段，都是指上面介紹過的事件類型。但是注意，事件類型是有7種，但真正記錄在XML中，除了4種（MOVE_TO_FOREGROUND，MOVE_TO_BACKGROUND，END_OF_DAY，CONTINUE_PREVIOUS_DAY）記錄其int值，其他的事件（CONFIGURATION_CHANGE，SYSTEM_INTERACTION，USER_INTERACTION）都記錄為0，所以在XML中看到事件類型為0，那么是指這三種。這段邏輯是在數據記錄的IntervalStats#update方法中，

95    void update(String packageName, long timeStamp, int eventType) {
96        UsageStats usageStats = getOrCreateUsageStats(packageName);
......
108        if (isStatefulEvent(eventType)) {
109            usageStats.mLastEvent = eventType;
110        }
111
112        if (eventType != UsageEvents.Event.SYSTEM_INTERACTION) {
113            usageStats.mLastTimeUsed = timeStamp;
114        }
......
122    }

isStatefulEvent的實現如下：

84    private boolean isStatefulEvent(int eventType) {
85        switch (eventType) {
86            case UsageEvents.Event.MOVE_TO_FOREGROUND:
87            case UsageEvents.Event.MOVE_TO_BACKGROUND:
88            case UsageEvents.Event.END_OF_DAY:
89            case UsageEvents.Event.CONTINUE_PREVIOUS_DAY:
90                return true;
91        }
92        return false;
93    }

另外，格外注意以上方法中第112行，SYSTEM_INTERACTION這個事件在存儲時，上次訪問時間是不記錄真實時間的，取初始默認值0，轉換成現代時間，就是1970年1月1日。

 

以下重點介紹：

1. 數據隨時間跳變而調整

    手機系統時間會每秒發生變化，但也會發生跳變，常見的方式是2種，一是人為修改時間，二是系統時間通過網絡自動校准（SIM卡或WiFi等）。

    舉個例子，手機第一次使用，未聯網校准時，手機時間是錯誤的，可能顯示為1970年3月25日，這時候用戶在手機的操作，各個應用的上次使用時間肯定是被記錄為1970年3月25日。但手機聯網后，時間被通過網絡校准為2017年11月29日。那這樣會有一個情況？UsageStatsService中統計的時間仍然記錄為1970年3月25日嗎？顯然不會的，Google的工程師想到了這一點，因此在UsageStatsService中有一個巧妙的機制，來保證記錄時間的准確性。

    A. UsageStatsService中有一個方法checkAndGetTimeLocked，此方法會在每次reportEvent記錄應用事件時，獲取系統時間，在獲取的同時呢，它也記錄了上一次使用的系統時間。通過差值計算，能夠判定出系統的時間是否發生了跳變，例如人為的修改，通過網絡進行的時間自動校准等。如果判定系統時間發生了跳變，UsageStatsService會調用onTimeChanged()方法，它會負責更新UsageStatsService記錄的時間，以便他們能夠跟隨系統時間跳變，而相應更新。

         void onTimeChanged(long oldTime, long newTime) {
                persistActiveStats();
                mDatabase.onTimeChanged(newTime - oldTime);
                loadActiveStats(newTime);
         }

     B. 這里的時間是直接存儲在XML中嗎？例如XML中Activity1，上次使用時間：2017年11月29日XX時XX分XX秒。不是這樣的，這里的設計也它的特別之處，

         首先時間的存儲全部是按毫秒來存儲的，此毫秒也就是對比1970年1月1日，換算來的差值。

         其次時間的存儲分為2部分，這里有一個公式，應用的上次使用時間  = XML文件名 + XML中此應用的上次使用時間。注意：XML文件的名字不是隨便起的，是用某個基准時間的毫秒值來存儲的。舉個例子：

         XML文件名為：1511953275497，打開文件，其中的數據如下：

   <?xml version='1.0' encoding='utf-8' standalone='yes' ?>
           <usagestats version="1" endTime="2936118">
           <packages>
           <package lastTimeActive="2936118" package="com.android.settings" timeActive="78268" lastEvent="2" />

           .......  

         那么在查詢上次使用數據時，Settings的上次使用時間為：1511953275497 + 2936118 = 1511956211615，通過對比1970年1月1日，換算為日常時間是大約是2017/11/29 19:50:11。所以這就是手機中設置Settings上次的使用時間。

         這樣設計的好處是，當系統時間跳變時，只需要更新XML的文件名時間，XML中所有的值不需要逐條更新。那么通過算加法得到的時間，也就是正確的時間了。再舉個例子：

         1. 用戶手機時間為1970年3月25日，這時UsageStatsService中XML的文件名為：7142400，其中設置的上次使用時間，在XML中存儲的值是10000，那么設置的上次使用時間是：

             7142400 + 10000 = 7152400，換算為正常時間是：1970年3月25日。（注意，舉例中時間用得秒，並非毫秒，實際XML中存儲的都是毫秒）

         2. 用戶手機時間通過跳變，校准為2017年11月29日。這時UsageStatsService通過onTimeChanged方法，XML中文件名變為1511953275497，在XML中存儲的值還是10000，那么設置的上次使用時間是：

             1511953275 + 10000 = 1511963275，換算為正常時間是：2017年11月29日。（注意，舉例中時間用得秒，並非毫秒，實際XML中存儲的都是毫秒）

         通過以上這樣的機制，UsageStatsService中記錄的時間，就會隨着系統時間的跳變（人為修改或網絡校准）而保持為正確的值。用戶查詢時也不會感到詫異。

 

 

 

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