Android 方法插桩 Plugin 开发，深入分析方法性能瓶颈

2023-11-17 11:29:11

Android 方法插桩 Plugin 开发实践

前言

在 Android 应用开发过程中，经常需要对应用内部方法的执行过程进行深入分析，以找出性能瓶颈并进行优化。然而，直接在代码中插入日志或使用 Android Studio 的 Profiler 工具进行分析不够高效，因为它会影响应用的执行效率。本文介绍了一种更有效的方法——Android 方法插桩 Plugin 开发，它允许我们在不修改源代码的情况下对应用中的方法进行插桩，以便收集方法执行过程中的详细数据。

方法插桩简介

方法插桩是一种在不修改源代码的情况下，在方法执行前后注入代码的技术。通过方法插桩，我们可以收集方法执行的时间、参数、返回值以及异常信息等数据。这些数据可以帮助我们分析方法的性能瓶颈，并找出需要优化的部分。

Android 方法插桩 Plugin 开发

Android 方法插桩 Plugin 是一个 Gradle 插件，它允许我们对 Android 应用中的方法进行插桩。这个插件的工作原理是使用字节码操作技术，在编译阶段对应用的字节码进行修改，在目标方法的执行前后注入我们的插桩代码。

1. 创建 Gradle 插件

首先，我们需要创建一个 Gradle 插件。新建一个 Gradle 插件项目，并添加以下内容：

plugins {
    id 'com.android.library'
    id 'com.android.build.gradle.api'
}

android {
    compileSdkVersion 31
    buildToolsVersion "31.0.0"
}

dependencies {
    implementation 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc7'
    annotationProcessor 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc7'
}

2. 定义插桩注解

接下来，我们需要定义一个注解，用于标记需要插桩的方法。新建一个名为 @Trace 的注解：

@Target(AnnotationTarget.FUNCTION)
@Retention(AnnotationRetention.BINARY)
annotation class Trace

3. 创建插桩转换器

插桩转换器负责修改字节码，在目标方法的执行前后注入我们的插桩代码。新建一个名为 TraceTransform 的类，并实现 Transform 接口：

class TraceTransform : Transform() {

    override fun getName(): String {
        return "TraceTransform"
    }

    override fun getInputTypes(): MutableSet<QualifiedContent.ContentType> {
        return mutableSetOf(QualifiedContent.DefaultContentType.CLASSES)
    }

    override fun getScopes(): MutableSet<Scope> {
        return mutableSetOf(Scope.PROJECT)
    }

    override fun isIncremental(): Boolean {
        return false
    }

    override fun transform(context: Context, inputs: MutableSet<TransformInput>, outputProvider: TransformOutputProvider) {
        for (input in inputs) {
            for (jar in input.jarInputs) {
                val dest = outputProvider.getContentLocation(jar.name, jar.contentTypes, jar.scopes, Format.JAR)
                processJar(jar.file, dest)
            }
            for (directory in input.directoryInputs) {
                val dest = outputProvider.getContentLocation(directory.name, directory.contentTypes, directory.scopes, Format.DIRECTORY)
                processDirectory(directory.file, dest)
            }
        }
    }

    private fun processJar(input: File, output: File) {
        val bytes = FileUtils.readFileToByteArray(input)
        val modifiedBytes = transformBytes(bytes)
        FileUtils.writeByteArrayToFile(modifiedBytes, output)
    }

    private fun processDirectory(input: File, output: File) {
        FileUtils.copyDirectory(input, output)
    }

    private fun transformBytes(bytes: ByteArray): ByteArray {
        val classNode = ClassNode()
        val classWriter = ClassWriter(classNode)
        val cr = ClassReader(bytes)
        cr.accept(object : ClassVisitor(ASM7, classWriter) {
            override fun visitMethod(access: Int, name: String, descriptor: String, signature: String?, exceptions: Array<out String>?): MethodVisitor {
                val methodVisitor = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions)
                return TraceMethodVisitor(api, methodVisitor)
            }
        }, ClassReader.SKIP_FRAMES)
        return classWriter.toByteArray()
    }
}

4. 创建插桩方法访问器

插桩方法访问器负责在目标方法的执行前后注入我们的插桩代码。新建一个名为 TraceMethodVisitor 的类，并继承 MethodVisitor：

class TraceMethodVisitor(api: Int, methodVisitor: MethodVisitor) : MethodVisitor(api, methodVisitor) {

    override fun visitCode() {
        super.visitCode()
        mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/example/trace/TraceUtil", "start", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V", false)
    }

    override fun visitInsn(opcode: Int) {
        super.visitInsn(opcode)
        if (opcode == Opcodes.RETURN) {
            mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/example/trace/TraceUtil", "end", "()V", false)
        }
    }
}

5. 注册插件

最后，我们需要将插件注册到 build.gradle 文件中：

apply plugin: 'com.android.application'
apply plugin: 'trace-plugin'

android {
    buildTypes {
        debug {
            transformClassesWithTraceTransformForDebug true
        }
        release {
            transformClassesWithTraceTransformForRelease true
        }
    }
}