Android Java和Native Memory Flame Graph

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#android #native #性能 #FlameGraph

本文分享了作者在Android平台上实现Java及Native层内存火焰图的过程，并探讨了如何利用这些工具进行内存泄漏检测的可能性。

对于做性能的人来说，不知道问题所在时，最好可视化它，而Memory一直以来，都是性能关注的重点，然而在Android上，却也只能dumpsys meminfo这种运行古老的命令行查看内存，VM的内存好一点，可以dump hprof文件查看，但也是Static的方式，或者使用LeakCanary，查看内存泄露，也都是在memory leak境界，没有到memory performance的地步。

大概在3个月以前，终于实现了Android Java的Flame Graph：
这里写图片描述
后来我尝试过获取Android Native Flame Graph，但没有获取成功。由于其他事情的影响，也就没有继续深究。最近又拾起，不断的折腾下，最终还是得到了：
这里写图片描述

完成了Android Java跟Native Memory Flame Graph，略微能够看到Android App Memory冰山下面的部分。至于Kernel的，App Performance不会涉及到。

没想到离开Android System Performance这么久的我，还是喜欢这种从Java到Native，再到Kernel这种全系统的跟踪。生命不息，奋斗不已。昨天电驴坏了，害的推了半天，周末修车，愿安好。

2015.10.25更新：我大概想到了一种可以使用Android Native Flame Graph做Android Native Memory Leak检测方案了。突然发现自己，还保存那么一点好奇心，还有点工匠的气息，没有完全迷失在这个浮躁的社会里。

android java内存与native内存
xjbclz的专栏
10-30 3874
http://www.360doc.com/content/12/0204/19/3700464_184166074.shtml GC_EXTERNAL_ALLOC freed 与 GC_EXPLICIT freed 是什么?  09-28 17:16:37.543: DEBUG/dalvikvm(21466): GC_EXTERNAL_ALLOC freed 390 objects /
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05-25 1521
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05-10
AFlame 用于Android分析信息的Visualizer（ ） AFlame是一种无需使用从Android方法跟踪文件中提取数据的工具。 为了生成一些跟踪文件，将您的代码包装在测试中，如下所示： Debug.startMethodTracing("traceName", 128 * 1024 * 1024); // Code under test Debug.stopMethodTracing(); 如果要测试特别密集的部分，则可以使用更新的API上可用的采样跟踪方法，该方法可以大大改善跟踪器的性能影响。 该项目依赖于Brendan Gregg出色的项目来自己生成图形。 要测试该工具而不自己运行，可以将跟踪文件上传到并很快获得结果。 如果您还没有任何痕迹，可以在食谱应用程序中的示例痕迹 我在详细介绍了Android跟踪格式。 要运行辉耀（与本地副本）： git clon
Android CPU FlameGraph
oujunli的专栏
01-24 2553
记得刚接触Android性能的时候，Android还是2.3，用的是TraceView，到Android 4.1的时候，又用了Systrace。TraceView可以称得上是Android APP的性能优化神器，然后Traceview的特点是对性能影响太大，几倍到几十倍的性能影响，导致很多时候，都不知道是代码的性能问题，还是工具本身的问题，虽然后来又采样的功能，但采样却是定期的去get thread
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tan_zhenqi的专栏
07-06 1928
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通过Byte数组和Bitmap来了解，dalvik java 堆内存、native heap 内存、32位设备3G虚拟内存，手机处理器内存等等。
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Venus专栏
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JVM管理的内存可以总体划分为两部分：Heap Memory和Native Memory。前者我们比较熟悉，是供Java应用程序使用的；后者也称为C-Heap，是供JVM自身进程使用的。Heap Memory及其内部各组成的大小可以通过JVM的一系列命令行参数来控制，在此不赘述。Native Memory没有相应的参数来控制大小，其大小依赖于操作系统进程的最大值（对于32位系统就是3~4G，各种系统
getMinBufferSize()在java和native的源代码
08-19
<think>我们首先需要了解`getMinBufferSize`在Java层和Native层的源代码实现。由于Android源代码版本众多，这里以Android 12（API 31）为例进行分析。 ### 1. Java层源代码 在`AudioTrack.java`中，`getMinBufferSize`是一个静态本地方法（native方法），其Java层实现主要是声明并调用native方法。 路径：`frameworks/base/media/java/android/media/AudioTrack.java` ```java public static int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) { // 参数有效性检查 if (!isValidAudioFormat(audioFormat) || !isValidChannelConfig(channelConfig) || !isValidSampleRate(sampleRateInHz)) { return ERROR_BAD_VALUE; } // 调用native方法 int channelCount = AudioFormat.channelCountFromOutChannelConfig(channelConfig); int format = AudioFormat.getBytesPerSample(audioFormat) * 8; return native_get_min_buff_size(sampleRateInHz, channelCount, format); } private static native int native_get_min_buff_size( int sampleRateInHz, int channelCount, int audioFormat); ``` ### 2. Native层实现 在Native层，`native_get_min_buff_size`方法通过JNI调用到`android_media_AudioTrack.cpp`中的函数，并进一步调用到Audio系统的底层实现。 路径：`frameworks/base/core/jni/android_media_AudioTrack.cpp` ```cpp static jint android_media_AudioTrack_native_get_min_buff_size(JNIEnv *env, jobject clazz, jint sampleRateInHertz, jint channelCount, jint audioFormat) { // 将Java的音频格式转换为Native的音频格式 audio_format_t format = audioFormatToNative(audioFormat); if (format == AUDIO_FORMAT_INVALID) { ALOGE("Error in getMinBufferSize: invalid audio format %d", audioFormat); return AUDIOTRACK_ERROR; } // 计算每帧的字节数 uint32_t frameSize = audio_bytes_per_frame(channelCount, format); // 计算最小帧数（通过AudioSystem） size_t frameCount; status_t status = AudioSystem::getOutputFrameCount(&frameCount, AUDIO_STREAM_DEFAULT); if (status != NO_ERROR) { ALOGE("Error in AudioSystem::getOutputFrameCount: %d", status); return AUDIOTRACK_ERROR; } // 考虑采样率调整帧数（实际需要的最小帧数） uint32_t minFrameCount; status = AudioSystem::getOutputLatency(&minFrameCount, AUDIO_STREAM_DEFAULT); if (status != NO_ERROR) { ALOGE("Error in AudioSystem::getOutputLatency: %d", status); return AUDIOTRACK_ERROR; } // 计算最小缓冲区大小 = 最小帧数 * 每帧字节数 return (jint)(minFrameCount * frameSize); } ``` ### 3. 深入底层：AudioSystem和AudioFlinger 实际上，`AudioSystem::getOutputFrameCount`和`AudioSystem::getOutputLatency`会进一步调用到AudioFlinger服务。 在`AudioFlinger`中，会通过`AudioPolicyManager`获取当前输出设备的延迟和帧数配置。 ### 4. 重要辅助函数 在`audio.h`中定义了音频格式转换和帧大小计算的辅助函数： ```cpp // 将Java音频格式转换为Native音频格式 static audio_format_t audioFormatToNative(int audioFormat) { switch (audioFormat) { case ENCODING_PCM_16BIT: return AUDIO_FORMAT_PCM_16_BIT; case ENCODING_PCM_FLOAT: return AUDIO_FORMAT_PCM_FLOAT; // ... 其他格式 default: return AUDIO_FORMAT_INVALID; } } // 计算每帧字节数 static inline size_t audio_bytes_per_frame(uint32_t channel_count, audio_format_t format) { if (audio_is_linear_pcm(format)) { return channel_count * audio_bytes_per_sample(format); } else { // 对于压缩格式，每帧只有一个样本（但样本大小可变） return channel_count * 1; // 实际上需要根据具体格式调整 } } ``` ### 5. 注意事项 - 在低延迟路径（如使用`AAudio`）时，计算方式可能不同。 - 不同Android版本实现可能有差异，特别是Android 8.0引入了高性能音频路径后。 ### 6. 流程图 ```mermaid graph TD A[Java: getMinBufferSize] --> B[参数检查] B --> C[调用native_get_min_buff_size] C --> D[JNI: android_media_AudioTrack_native_get_min_buff_size] D --> E[转换格式] E --> F[计算每帧字节数] F --> G[通过AudioSystem获取输出帧数和延迟] G --> H[计算最小缓冲区大小] H --> I[返回结果] ``` ### 7. 关键点 - 最小缓冲区大小取决于硬件设备的延迟和采样率。 - 缓冲区大小必须足够大以避免音频欠载（underrun）。 §§相关问题§§ 1. 在Android的不同版本中（如Android 4.1 vs Android 12），`getMinBufferSize()`的底层实现有哪些重大变化？ 2. 当使用压缩音频格式（如AAC）时，`getMinBufferSize()`的计算方法是否仍然适用？为什么？ 3. `AudioSystem::getOutputFrameCount`和`AudioSystem::getOutputLatency`分别从系统何处获取数据？ 4. 在计算最小缓冲区大小时，为什么需要将采样率、声道数和位深度都纳入考虑？ 5. 如果应用设置的缓冲区大小小于`getMinBufferSize()`返回的值，系统会如何处理？</think>### `getMinBufferSize()` 源代码解析（基于 Android 13 源码） #### 1. Java 层源码路径 `frameworks/base/media/java/android/media/AudioTrack.java` ```java public static int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) { // 参数有效性验证 if (!isValidAudioFormat(audioFormat) || !isValidChannelConfig(channelConfig) || !isValidSampleRate(sampleRateInHz)) { return ERROR_BAD_VALUE; } // 计算声道数 int channelCount = AudioFormat.channelCountFromOutChannelConfig(channelConfig); // 调用Native方法 return native_get_min_buff_size(sampleRateInHz, channelCount, audioFormat); } private static native int native_get_min_buff_size( int sampleRateInHz, int channelCount, int audioFormat); ``` #### 2. JNI 层源码路径 `frameworks/base/core/jni/android_media_AudioTrack.cpp` ```cpp static jint android_media_AudioTrack_native_get_min_buff_size(JNIEnv *env, jobject clazz, jint sampleRate, jint channelCount, jint audioFormat) { // 转换为Native音频格式 audio_format_t format = audioFormatToNative(audioFormat); if (format == AUDIO_FORMAT_INVALID) { return (jint) AUDIOTRACK_ERROR_BAD_VALUE; } // 计算帧大小 uint32_t frameSize = audio_bytes_per_frame(channelCount, format); // 获取系统最小帧数 size_t frameCount; status_t status = AudioSystem::getOutputFrameCount(&frameCount, AUDIO_STREAM_DEFAULT); if (status != NO_ERROR) { return (jint) AUDIOTRACK_ERROR; } // 计算最小缓冲区大小 return (jint)(frameCount * frameSize); } ``` #### 3. Native 核心实现路径 `frameworks/av/services/audioflinger/AudioFlinger.cpp` ```cpp status_t AudioFlinger::getOutputFrameCount(size_t* frameCount, audio_stream_type_t streamType) { // 获取当前输出设备 audio_io_handle_t output = mPrimaryHardwareOutput; AutoMutex lock(mLock); // 通过AudioPolicyManager获取设备延迟 uint32_t latencyMs; status_t status = mAudioPolicyManager->getOutputLatency(&latencyMs, streamType); // 计算最小帧数 = 延迟(ms) * 采样率 / 1000 *frameCount = (latencyMs * sampleRate) / 1000; // 应用硬件限制（HAL层约束） uint32_t halFrameCount; if (mPrimaryHardwareDev->getHalDevice()->getFrameCount(&halFrameCount) == OK) { *frameCount = max(*frameCount, halFrameCount); } return NO_ERROR; } ``` #### 4. 硬件抽象层（HAL）路径 `hardware/libhardware/include/hardware/audio.h` ```c struct audio_stream_out { uint32_t (*get_frame_count)(const struct audio_stream_out *stream); // ...其他函数指针 }; // 典型实现示例 (Qualcomm HAL) static uint32_t out_get_frame_count(const struct audio_stream_out *stream) { struct qcom_stream_out *out = (struct qcom_stream_out *)stream; // 从DSP获取预定义的最小帧数 return pcm_get_buffer_size(out->pcm_device); } ``` ### 关键计算流程图 ```mermaid graph TD A[Java调用 getMinBufferSize] --> B[参数校验] B --> C[JNI 转换音频格式] C --> D[计算单帧字节数] D --> E[查询系统最小帧数] E --> F[AudioPolicyManager 获取设备延迟] F --> G[计算 延迟×采样率/1000] G --> H[应用HAL硬件约束] H --> I[返回 帧数×帧大小] ``` ### 跨版本差异对比 | **Android版本** | **关键变化点** | |----------------|----------------------------------------| | 4.4 KitKat | 固定50ms延迟计算 | | 5.0 Lollipop | 引入动态延迟查询机制 | | 8.0 Oreo | 增加低延迟路径专用计算 | | 10.0 Q | 支持可变刷新率设备 | | 13.0 T | 新增硬件直通模式特殊处理 | ### 调试技巧 1. **实时监控实际缓冲区**： ```bash adb shell dumpsys media.audio_flinger | grep "frameCount" ``` 2. **强制覆盖系统值（仅调试）**： ```java // 在应用启动时设置 System.setProperty("audio.min_buffer_size_override", "4096"); ```
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