摘要：全稱應(yīng)用性能管理監(jiān)控后面我會通過一系列的文章來介紹的原理框架設(shè)計與實現(xiàn)等等。在應(yīng)用構(gòu)建期間，通過修改字節(jié)碼的方式來進行字節(jié)碼插樁就是實現(xiàn)自動化的方案之一。

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性能問題是導(dǎo)致 App 用戶流失的罪魁禍首之一，如果用戶在使用我們 App 的時候遇到諸如頁面卡頓、響應(yīng)速度慢、發(fā)熱嚴重、流量電量消耗大等問題的時候，很可能就會卸載掉我們的 App。而往往獲取用戶的成本是高昂的，因此因為性能問題導(dǎo)致用戶流失的情況是我們要極力避免的，做不好這一點是我們開發(fā)人員的失職。

去年我們團隊完成了整個項目架構(gòu)方面的重構(gòu)（有興趣的同學(xué)可以參考我之前的文章安居客 Android 項目架構(gòu)演進 與Android 模塊化探索與實踐 ），目前已經(jīng)能夠很好的支撐我們的業(yè)務(wù)，并對團隊的開發(fā)效率也有了一定的提升、項目質(zhì)量也有了大幅的進步。

但是項目上線后，到底有沒有性能問題？用戶體驗到底怎么樣？在用戶的使用場景中到底會遇到哪些性能問題？我們項目的性能短板又在哪里？這些問題的答案我們都不得而知，因此開發(fā)一套完善的性能監(jiān)控體系勢在必行。我們團隊在今年開始著手開發(fā)自己的性能監(jiān)控組件 APM，希望通過它來采集線上性能數(shù)據(jù)，找到性能短板，針對性的優(yōu)化用戶體驗。

APM 全稱 Application Performance Management & Monitoring (應(yīng)用性能管理/監(jiān)控)

后面我會通過一系列的文章來介紹 APM 的原理、框架設(shè)計與實現(xiàn)等等。本篇就是這個系列的第一篇，主要從實現(xiàn)原理方面來介紹 APM。按照目前的計劃，這個系列大致會從如下幾個方面來展開：

原理篇：主要介紹 APM 的實現(xiàn)原理；

設(shè)計篇：介紹整個 APM 框架設(shè)計；

實現(xiàn)篇-Gradle Plugin：介紹 Gradle 插件在 APM 項目中的應(yīng)用，以及如何開發(fā)一個 Gradle Plugin；

實現(xiàn)篇-Javassist/ASM：Javassist、ASM 等字節(jié)碼操作庫的介紹，以及如何使用它們在編譯時插入代碼來采集各項性能數(shù)據(jù)；

實現(xiàn)篇-數(shù)據(jù)存儲及上報：介紹 APM 框架的存儲上報機制及實現(xiàn)過程；

發(fā)布集成：最后會介紹如何將庫發(fā)布到 jCenter() 以及如何在生產(chǎn)項目中集成。

這里要向大家交代一點是，之前的文章為了極力做到將復(fù)雜的問題用通俗易懂的方式解釋清楚，又要面面俱到，往往篇幅過長；諸如之前寫過的RxJava系列6(從微觀角度解讀RxJava源碼) 、神兵利器Dagger2 、安居客 Android 項目架構(gòu)演進 、Android 模塊化探索與實踐 、寫給 Android 應(yīng)用工程師的 Binder 原理剖析等文章，篇幅通常都在 8000~10000字以上，通篇閱讀下來可能需要近半個小時的時間，不太符合當下碎片化閱讀的需求；因此在后面的寫作上會控制篇幅，盡量控制在 10 分鐘以內(nèi)的長度。

這也是我為什么會將 APM 作為一個系列來介紹的原因，同時這也能保證后面在介紹 APM 的時候能夠深入到實現(xiàn)細節(jié)，避免泛泛而談。

市場上有很多商業(yè)化的 APM 平臺，比如著名的 NewRelic，還有國內(nèi)的 聽云、OneAPM 等等。這些平臺的工作流程基本都是一致的：

首先在客戶端（Android、iOS、Web等）采集數(shù)據(jù)；

接著將采集到的數(shù)據(jù)整理上報到服務(wù)器；

服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后建模、存儲、挖掘分析，讓后將數(shù)據(jù)可視化，供用戶使用。

如下圖：

我們介紹的 Android APM 框架其實就是在 Android 平臺上應(yīng)用的一個數(shù)據(jù)采集上報 SDK。主要包含三大模塊：

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)上報

其中數(shù)據(jù)采集是整個 APM 框架的核心。

數(shù)據(jù)采集我們可以通過手動埋點的方式，但這種方式工作量巨大、不靈活，而且無法覆蓋到所有場景；因此只能通過自動化的方式來采集數(shù)據(jù)。在應(yīng)用構(gòu)建期間，通過修改字節(jié)碼的方式來進行字節(jié)碼插樁就是實現(xiàn)自動化的方案之一。

在談字節(jié)碼插樁的原理之前，首先我們看看 Android 的打包流程，如下圖：

從上面這張打包流程圖我們可以看到，一個 App 的所有 class 文件，包括第三方的 class 文件都會經(jīng)過 dex 的過程打包成一個或者多個 dex 文件。

這其中涉及到兩個很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)：

javac：將 .java 格式的源代碼文件編譯成 class 文件；

dex: 將 class 格式的文件打包匯總，組成一個或者多個 dex 文件。

我們想要對字節(jié)碼進行修改，只需要在 javac 之后 dex 之前遍歷所有的字節(jié)碼文件，并按照一定的規(guī)則過濾修改就好了，這里便是字節(jié)碼插樁的入口。

那么我們到底如何介入打包過程，在 class 轉(zhuǎn)換為 dex 文件的時候?qū)崿F(xiàn)對字節(jié)碼的修改呢？

答案是 transform api

Android Gradle Plugin 1.5.0 及以上版本，Google 官方提供了 transform api 作為字節(jié)碼插樁的入口。我們只需要實現(xiàn)一個自定義的 Gradle Plugin，然后在編譯階段去修改字節(jié)碼文件。對于 Gradle Plugin 的具體實現(xiàn)后面的文章再做詳細講解。

找到了插樁入口，接下來就要對字節(jié)碼進行修改。對于字節(jié)碼的修改，比較常用的框架有 Javassist 和 ASM。

Javassist 是一個開源的分析、編輯和創(chuàng)建 Java 字節(jié)碼的類庫,它提供了源碼級別的 API 以及字節(jié)碼級別的 API，源碼級別的 API，直接使用 Java 編碼的形式，而不需要深入了解虛擬機指令，就能動態(tài)改變類的結(jié)構(gòu)或者動態(tài)生成類。

ASM 是一個 Java 字節(jié)碼操控框架。它能被用來動態(tài)生成類或者增強既有類的功能。ASM 可以直接產(chǎn)生二進制 class 文件，也可以在類被加載入 Java 虛擬機之前動態(tài)改變類行為。

ASM 和 Javassit 相比，API 貼近底層，比較難使用，需要對 Java 字節(jié)碼和虛擬機方面有一定程度的了解。ASM 的優(yōu)點就在于性能上的優(yōu)勢，且更加靈活；Javassist 的實現(xiàn)中大量使用的反射，所以性能偏低。

簡單的說就是 ASM 雖然難以使用，但是功能強大效率高。是很多無痕埋點、APM框架的首選方案。

ASM 的具體時候我們放到這個系列后面的文章介紹。

Android APM 的原理其實非常簡單，用一句話總結(jié)就是：

依據(jù)打包原理，在 class 轉(zhuǎn)換為 dex 的過程中，調(diào)用 gradle transform api 遍歷 class 文件，借助 Javassist、ASM 等框架修改字節(jié)碼，插入我們自己的代碼實現(xiàn)性能數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

以上所有過程都是在編譯期完成的。

其實 Android 上的無痕埋點也是同樣的原理，區(qū)別只不過是我們 hook 的點不同，采集的數(shù)據(jù)不同，因此掌握了 APM 的實現(xiàn)原理同樣可以實現(xiàn)無痕埋點系統(tǒng)。

原理很簡單，難的是實現(xiàn)細節(jié)。比如如何插樁采集到頁面幀率、流量、耗電量等等。這些具體細節(jié)我們放到后面一一介紹。至于為什么放到后面……因為很多東西自己沒做過我也不知道啊……