1、前言
很多時候在使用APP的時候，手機可能會發熱發燙。這是因為CPU使用率過高，CPU過於繁忙，會使整個手機無法響應用戶，整體性能降低，用戶體驗就會很差，也容易引起ANR等等一系列問題。以下會根據實際app性能測試案例，展開進行app性能評測之CPU使用率的分析和總結。
CPU使用率原理理解
在Linux系統下，CPU利用率分為用戶態、系統態、空閑態，分別表示CPU處於用戶態執行的時間，系統內核執行的時間，和空閑系統進程執行的時間。
平時所說的CPU利用率是指：CPU執行非系統空閑進程的時間 / CPU總的執行時間。
那么我們來看看這個時間究竟是什么？
先介紹幾個和Linux時間有關的名詞：HZ、tick與jiffies。
HZ：Linux 核心每隔固定周期會發出timer interrupt (IRQ 0)，HZ是用來定義每一秒有幾次timer interrupts。例如HZ為1000，就代表每秒有1000次timer interrupts。
Tick ：Tick是HZ的倒數，Tick = 1/HZ 。即timer interrupt每發生一次中斷的時間。如HZ為250時，tick為4毫秒(millisecond)。
Jiffies ：在Linux的內核中，有一個全局變量：Jiffies。 Jiffies代表時間。它的單位隨硬件平台的不同而不同。jiffies的單位就是 1/HZ。Intel平台jiffies的單位是1/100秒，這就是系統所能分辨的最小時間間隔了。每個CPU時間片，Jiffies都要加1。 CPU的利用率就是用執行用戶態+系統態的Jiffies除以總的Jifffies來表示。
CPU利用率計算公式也就是：
CPU使用率＝（用戶態Jiffies＋系統態Jiffies）／總Jiffies
2、CPU測試方法
2.1 CPU占用率數據獲取--第三方測試工具
騰訊GT
平安雲測試助手+評測中心(http://fit-stg1.jryzt.com/Hyperion-server/html/index.html) ---極力推薦
安測試
騰訊APT
網易Emagee
CPU測試大家一般都使用外部提供的第三方工具來輔助測試，類似上方列舉的這些、這些工具的原理都是基於調用 android 底層的一些 api 來獲取到測試所用到的值，當然我們也可以采用其他方法，如使用 android 本身提供的一套 adb 即可完成上述測試。
2.2 CPU占用率數據獲取方法--adb命令
CPU是系統非常重要的資源，在Android中/proc/stat, 包含了所有CPU的相關詳情信息，查看CPU使用情況，CPU不是一個瞬時態，而是一個過程態的體現，一般可以使用top命令和dump cpuinfo命令進行CPU占用率獲取。
一般獲取Android CPU數據的有兩個命令：top和dump cpuinfo
2.2.1 top命令獲取方法
（1）top命令方式獲取原理了解：
top是比較經典的CPU計算方法，top的代碼在androidm/system/core/toolbox/top.c下面，輸出process的cpu使用率在print_procs里面，CPU的計算是proc->delta_time * 100 / total_delta_time
先看total_delta_time由：
total_delta_time = (new_cpu.utime + new_cpu.ntime + new_cpu.stime + new_cpu.itime + new_cpu.iowtime + new_cpu.irqtime + new_cpu.sirqtime)
- (old_cpu.utime + old_cpu.ntime + old_cpu.stime + old_cpu.itime
+ old_cpu.iowtime + old_cpu.irqtime + old_cpu.sirqtime);
而這些變量的值，是在read_procs通過讀取/proc/stat的jiffies得到：
所以總的cpu時間 = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq ，例如：User 147 + Nice 11 + Sys 79 + Idle 408 + IOW 1 + IRQ 0 + SIRQ 6 = 652
而proc->delta_time是兩次讀取/proc/pid/stat相減得到，可見，top是一段時間內，計算process的cpu jiffies與總的cpu jiffies差值得到。
附注釋：
| 列名 | 描述 |
|---|---|
| /proc/stat文件: | 該文件包含了所有CPU活動的信息，該文件中的所有值都是從系統啟動開始累計到當前時刻。不同內核版本中該文件的格式可能不大一致。 |
| user (147): | 從系統啟動開始累計到當前時刻，處於用戶態的運行時間，不包含 nice值為負進程。 |
| nice (11): | 從系統啟動開始累計到當前時刻，nice值為負的進程所占用的CPU時間 |
| system (79): | 從系統啟動開始累計到當前時刻，處於核心態的運行時間 |
| idle (408): | 從系統啟動開始累計到當前時刻，除IO等待時間以外的其它等待時間 |
| iowait (1): | 從系統啟動開始累計到當前時刻，IO等待時間(since 2.5.41) |
| irq (0) | 從系統啟動開始累計到當前時刻，硬中斷時間(since 2.6.0-test4) |
| softirq (6): | 從系統啟動開始累計到當前時刻，軟中斷時間(since 2.6.0-test4) |
（2）top命令獲取CPU占用率實例：
adb shell top -m 100 -n 1 -s cpu | grep 包名
adb shell top -m 100 -n 1 -s cpu | grep com.pafinancialtech.fuzhoubank
zhangmeiyuan-5:~ zhangmeiyuan$ adb shell top -m 100 -n 1 -s cpu | grep com.pafinancialtech.fuzhoubank
18540 0 42% S 108 2102520K 317264K fg u0_a858 com.pafinancialtech.fuzhoubank
2.2.2 dump cpuinfo命令獲取方法
（1）dump命令方式獲取原理了解：
dump cpuinfo是Android特有的命令，dump cpuinfo命令的實現在androidm/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ProcessCpuTracker.java類里面，方法是printCurrentState:
而printProcessCPU輸出process CPU的使用情況：
private void printProcessCPU(PrintWriter pw, String prefix, int pid, String label,
int totalTime, int user, int system, int iowait, int irq, int softIrq,
int minFaults, int majFaults) {
pw.print(prefix);
if (totalTime == 0) totalTime = 1;
printRatio(pw, user+system+iowait+irq+softIrq, totalTime);
...
}
user+system+iowait+irq+softIrq就是totalTime。 st變量的賦值，在collectStats里面，st.rel_utime 和 st.rel_stime還是通過讀/proc/pid/stat相減得到，而st.rel_uptime卻是通過 SystemClock.uptimeMillis()差值，並不是跟top一樣，通過proc/stat得到總CPU jiffies,
所以，進程的總Cpu時間processCpuTime = utime + stime + cutime + cstime，該值包括其所有線程的cpu時間。（例外，一般cpu按100%計算，如果是多核情況下還需乘以cpu的個數)
附注釋：
/proc/pid/stat文件:
該文件包含了某一進程所有的活動的信息，該文件中的所有值都是從系統啟動開始累計 到當前時刻。
Utime(39) 該任務在用戶態運行的時間，單位為jiffies
Stime(25) 該任務在核心態運行的時間，單位為jiffies
Cutime(0) 所有已死線程在用戶態運行的時間，單位為jiffies
Cstime(0) 所有已死在核心態運行的時間，單位為jiffies
（2）dump命令獲取CPU占用率實例
adb shell dumpsys cpuinfo |grep 包名
zhangmeiyuan-5:~ zhangmeiyuan$ adb shell dumpsys cpuinfo |grep com.pafinancialtech.fuzhoubank 117% 16322/com.pafinancialtech.fuzhoubank: 106% user + 11% kernel / faults: 45403 minor 99 major 0.5% 14032/com.pafinancialtech.fuzhoubank:pushservice: 0.5% user + 0% kernel / faults: 1610 minor +0% 16547/com.pafinancialtech.fuzhoubank:remote: 0% user + 0% kernel 
從上圖我們可以看出：80%是針對這個CPU的占用率是80%，其中72%占用率是用戶使用的，8.4%是內核的占用率，這個數只是針對1核來說，現在手機都是多核的了，那這樣的值也不會太准確，如果是多核情況下還需除以cpu的個數。
綜上：top跟dump cpuinfo的區別在於：top分母是總測CPU jiffies，而dump cpuinfo是是時間，而並非jiffies，也能解釋為什么top出來的cpu，大部分時間會比dump cpuinfo小的原因。
2.3 CPU問題分析思路及工具
如果APP某場景進行操作時出現發燙、卡頓、ANR現象時，可以懷疑出現CPU問題，一般解決思路如下：
a. 如果已經導致ANR, 則去log里面搜索"ANR in"
b. 沒有導致ANR則基於以上方法獲取到的CPU占用率，如果某場景的CPU占用率走勢異常、峰值存在異常、均值大於基線，則可以利用DDMS查看分析Trace文件，或者使用Android studio里面的Android Monitor根據Monitor中的CPU可以看出目前CPU明細使用。
c.查找程序中有沒有特殊布局或者特殊操作（GPS定位，一直刷新類的服務等），特殊加載（Gif圖片加載，視頻，音頻加載等）
2.3.1 Android Monitor監控分析
拿到APP源碼，在Android studio中構建測試DEBUG包進行調試如下截圖：
雙擊我綠色框標記的這個按鈕，就會生成這么一個文件，如圖：
上圖就一目了然的看到了耗費CPU 都有哪些方法。此時點擊黑色的文本，幾秒鍾后studio會生成.trace文件，我們就可以分析各方法使用cpu的情況了。
2.3.2 分析TraceView文件查找CPU問題
TraceView 是 Android SDK 中內置的1個工具，它可以加載 trace 文件，用圖形的情勢展現代碼的履行時間、次數及調用棧，便於我們分析。
（1）使用Android Studio工具DDMS
生成Traceview 進行分析查看具體Trace期間各方法調用關系，調用次數以及耗時比例
附注釋：
Traceview 面板分上下兩部分
上面是時間軸面板 (Timeline Panel)
左側顯示的是線程信息
右側黑色部分是顯示執行時間段、白色是線程暫停時間段，
右側鼠標放在上面會出現時間線縱軸，在頂部會顯示當前時間線所執行的具體函數信息
下面是分析面板(Profile Panel) - 每一列內容
Inclusive time - 函數本身運行花費時間 + 函數調用其他函數時間
Exclusive time - 函數本身運行花費時間。
Calls + RecurCall/Total 調用 + 重復調用次數 / 函數總調用次數
Cpu Time/Call 總的Cpu時間與總的調用次數之比
附： Profile Panel各列作用說明
| 列名 | 描述 |
|---|---|
| Name | 該線程運行過程中所調用的函數名 |
| Incl Cpu Time | 某函數占用的CPU時間，包含內部調用其它函數的CPU時間 |
| Excl Cpu Time | 某函數占用的CPU時間，但不含內部調用其它函數所占用的CPU時間 |
| Incl Real Time | 某函數運行的真實時間（以毫秒為單位），內含調用其它函數所占用的真實時間 |
| Excl Real Time | 某函數運行的真實時間（以毫秒為單位），不含調用其它函數所占用的真實時間 |
| Call+Recur Calls/Total | 某函數被調用次數以及遞歸調用占總調用次數的百分比 |
| Cpu Time/Call | 某函數調用CPU時間與調用次數的比。相當於該函數平均執行時間 |
| Real Time/Call | 同CPU Time/Call類似，只不過統計單位換成了真實時間 |
（2）使用代碼生成 trace 文件
Debug.startMethodTracing("shixintrace");
//開始 trace，保存文件到 "/sdcard/shixintrace.trace"
// ...
Debug.stopMethodTracing(); //結束
代碼很簡單，當你調用開始代碼的時候，系統會生產 trace 文件，並且產生追蹤數據，當你調用結束代碼時，會將追蹤數據寫入到 trace 文件中。
下1步使用 adb 命令將 trace 文件導出到電腦：
adb pull /sdcard/shixintrace.trace /tmp
使用代碼生成 trace 方式的好處是容易控制追蹤的開始和結束，缺點就是步驟略微多了一點。
2.3 CPU測試場景
一般cpu檢測我們要分4種情況：
1.在空閑時間的消耗，基本沒大應用使用cpu
如果APP在退出界面后還有進程長期運行，那需要關注下待機場景的CPU。待機場景下CPU的消耗一般不會很大，例如福州直銷銀行APP在后台運行時，可能消耗經常是0%，長時間平均下，可能只有0.1%、0.2%，看看競品，也是差不多，好像沒有太大區別。那么CPU消耗這么少是不是就不用管CPU了呢，然而即使是平均值很小，但是長時間待機，例如安全類工具，CPU的消耗還是不容忽視。
這種場景下我們測試時常用的單位有：消耗XX jiffies/分鍾；半/1小時共增加XX jiffies。
2.在運行一些應用的情況下，cpu已占50%的情況下，觀察應用程序占用cpu的情況
簡單說這種情況就是后台已經有幾個應用在運行已經並且消耗了系統的一些資源的情況下進行測試。
3.在高負荷的情況下看CPU的表現，我定義這個高負荷，cpu占用應是在80%以上
滿規格狀態下的應用CPU消耗情況
4.觀察App 相同/不同場景下CPU走勢、峰值情況
對比不同場景頁面CPU占用大小
對比不同時間段同一場景頁面CPU占用走勢情況
3、XX銀行性能評測-CPU測試結果分析
3.1 總覽
此次質量開放平台-評測中心（http://fit-stg1.jryzt.com/Hyperion-server/html/index.html）的性能測試的采集的CPU占用數據主要是針對場景頁面的CPU占用測試，CPU占用數據獲取原理是CPU執行非系統空閑進程的時間 / CPU總的執行時間。
從CPU消耗對比來看，行業競品均值為8.4%，90分位約4.9%，75分位約7.8%，中位數約9.3%，25分位約16.2%。
【榕商Bank】和10家競品分析對比，CPU占用12.0%，表現較差，不及行業平均水准。但是從APP本品各場景CPU占用率來看，占用率最大的為理財產品詳情頁22.7%，主要原因是該頁面存在6個不同時段近七日和萬份收益率曲線走勢圖繪制，但是仍然未超過CPU占用率基線30%，且目前大部分手機是四核、八核系統，所以目前測試數據表明整體表現良好不存在瓶頸，但是從行業標准來看，理財產品詳情頁仍然有優化空間，建議優化。
4、App端CPU問題排查思路：
（1）是否有非常多的網絡請求
（2）是否開了很多進程OR 應用，嘗試關閉其他應用再查看CPU是否降下來
（3）是否有大量大圖片、視頻處理跟加載或布局
（4）查找程序中有沒有特殊布局或者特殊操作（GPS定位，一直刷新類的服務等），特殊加載（Gif圖片加載，視頻，音頻加載等）
（5）當前頁面是否有過多的圖表、曲線圖等繪制操作
（6）通過Android Studio 自帶的monitor查找是哪個Activity或者哪個方法有一直不停止的運算消耗CPU（比如：不停止的while 或者for 循環）