Android性能测试之网络流量

APP的网络流量消耗对于用户来说是较为敏感的,因为有可能会和钱挂钩。若APP开发时在这方面没有控制好,很有可能会给用户带来不好的体验。


上周我们介绍了CPU相关的性能测试,那这次我们就将简要介绍下网络流量相关的统计。


▌名词解释


网络流量是指,能够连接网络的设备在网络上所产生的数据流量。


性能数据给出的网络流量性能数据可以区分接收流量和发送流量:


  • 接收流量:应用运行期间,网卡的下行流量,单位是字节

  • 发送流量:应用运行期间,网卡的上行流量,单位是字节


▌方案介绍


流量测试的工具和方法有很多,根据实现原理主要归为以下这3类:


  • 读取linux流量统计文件

  • 利用Android流量统计API

  • Tcpdump抓包 + wireshark分析


由于第三种方式需要手机Root,因此暂不在本文内讨论,接下来将会主要介绍前2种方式。


读取linux流量统计文件


Android是基于linux的一个操作系统,类似于上篇提到的,可以通过/proc/pid/stat的方式获取CPU数据一样,流量数据在linux下是也以文件的形式存在的。


与流量数据相关的有这么几个文件:


  • /proc/net/dev ,文件中记录了整个系统的流量情况

  • /sys/class/net,可以找到相关类别的目录,在其子目录statistics下游rx_bytestx_bytes记录收发流量

  • /proc/uid_stat/{uid} ,目录中有tcp_rcv 和 tcp_snd,分别代表总的接收字节数和总的发送字节数,适用于低版本手机

  • /proc/net/xt_qtaguid/stats,可以找到UID对应不同网络接口的rx_bytes(接收数据)和 tx_bytes(传输数据)


1.读取/proc/net/dev文件的方式


文件中记录了整个系统的流量情况,示例结果如下:



其中最左侧的是网络接口名,Receive表示接收数据,Transmit表示发送数据:


  • bytes表示收发的字节数

  • packets表示收发正确的包量

  • errs表示收发错误的包量

  • drop表示收发丢弃的包量


图中,wlan0是WIFI网络使用的接口,而rmnet0是GPRS使用的接口。但是,并不是所有机器都是用wlan0来表示WIFI接口,同样也不是所有rmnet0来表示GPRS,这些字段的表示都与ROM相关。甚至存在一些ROM中没有/proc/net/dev文件。


因此实际进行流量检测时,需要对字段进行适配,例如WIFI流量的字段可能有:wlanethathwlanip6tnl等。


但该统计方式更主要的问题是:


  • 流量数据不区分应用,实际获取的是整个手机一段时间内的流量情况,而非指定APP的


2. 读取/sys/class/net目录下数据的方式


/sys/class/net中实际给出了实际设备统计数据的软链:


找到相关类别的目录,在其子目录statistics下游可以通过rx_bytestx_bytes查看收发流量:


/proc/net/dev一样,这种方式也不区分应用。


3. 读取/proc/uid_stat/{uid}目录下数据的方式

和前两种方式不同,这种方式可以获取不同uid的网络流量数据。


UID的获取

关于UID,这边先简单地进行下说明。在Linux系统中,UID表示的是User Identifier,主要用于表示是哪位用户运行了该程序。但在Android系统中,由于Android系统本身就为单用户系统,这时UID就被赋予了新的使命,主要用于实现数据共享。具体地,Android系统为每个应用都分配了一个UID,不同apk的UID几乎都是互不相同的,而对于不同UID的apk,不能共享数据资源。之所以用『几乎』,是因为有时候同一厂家会存在多个产品,并且希望能在多个apk之间实现数据共享,这个时候,便可通过在menifest配置文件中指定相同的sharedUserId,然后在Android系统中安装应用时便会分配相同的UID。


获取UID的方法有多种,以今日头条APP为例:

1.adb shell dumpsys package

结果中在 Package: 段中,userId= 后的即为应用的UID 


2.cat /proc/{pid}/status 

当我们确认需要查得进程的PID之后,可以读取打印其status文件,其中Uid行即为UID;这有一个缺点是,必须得进程启动的时候才能看:


获取到UID后,可以进入/proc/uid_stat/{uid}目录,通过tcp_rcv 和 tcp_snd获取对应流量信息。


存在的问题是:


  • 只针对TCP协议网络的消耗统计

  • 高版本机型上不存在该路径,在Android 4.3.1 及之后的版本中,该路径都不存在了


4. 读取/proc/net/xt_qtaguid/stats文件的方式


相较 /proc/uid_stat/{uid}而言,从/proc/net/xt_qtaguid/stats获取网络流量统计会更全面,Android机型兼容性更优。实际上后面会提到,Android提供的流量统计API - TrafficStats中,对uid进行流量统计的方法,底层就是读取了该文件。


示例结果如下:

idx那行代表了文件头,下面对应的是数据。简单介绍几个我们比较关注的列:


  • iface代表网络接口

  • acct_tag_hex代表socket

  • uid_tag_int是UID

  • cnt_set实际上就是一个标志位,0代表前台流量,1代表后台流量

  • rx_bytesr代表receive,是接收数据

  • tx_bytest代表transmit,是传输数据


其中第4列uid_tag_int是UID,第6和8列为 rx_bytes(接收数据)和 tx_bytes(传输数据)包含tcp,udp等所有网络流量传输的统计。


通过上一小节的方法我们可以获取UID,之后便可以在流量信息中过滤出该UID相关的流量数据:

将所有UID相关的 rx_bytes 相加作为 应用接收流量, tx_bytes 相加作为 应用发送流量。


获取APP在当前时刻的累计WIFI流量数值的伪代码如下:

我们只需要间隔时间去获取当前APP的累计流量数据,并计算差值,便可得到每小段时间内的流量消耗;将整个测试期间的数据汇总,便可以得到网络流量性能数据结果了。


利用Android流量统计API

TrafficStats

Android 2.2 版本开始加入了 android.net.TrafficStats 类来实现对流量统计的操作。


类中提供了多种静态方法可以直接调用,返回类型均为long型;若返回-1,则代表当前设备不支持统计。


部分函数如下所示:


通过文档及上述函数可以知道,TrafficStats能够获取设备的数据流量和总的网络流量消耗;也可以查询uid对应的流量信息;此外,它的使用不需要特别的权限。


其中getUidRxBytesgetUidTxBytes实际上底层是通过读取/proc/net/xt_qtaguid/stats后对内容进行解析来实现的。


但是它也存在一些限制:


  • 数据在手机重启后会清空,即所有获得的数据都是从开机到当前时刻的流量值:如果需要对流量进行持续统计,需要将数据持久化,在手机重启时将数据读出并进行累加。

  • 无法获取应用的数据流量消耗:虽然API提供了获取指定uid的流量,但无法区分不同网络类型下的消耗;间接方法是通过监听网络切换,做好流量记录。

  • 无法获取某个时间段内的流量消耗:提供的API中没有与时间参数有关的。

NetworkStatsManager

Android 6.0开始,官方提供了 NetworkStatsManager,可以获取更具鲁棒性的网络历史数据

部分函数:

通过文档及上述函数可以发现,NetworkStatsManager 相较 TrafficStats 而言打破了原本查询限制,而且统计信息也不再是设备重启以来的数据。


但是它仍然也存在一些限制:


  • 使用需要额外的权限:android.permission.PACKAGE_USAGE_STATS,这个是系统权限,需要引导用户开启。


自带工具

除了上面提到了两种方式,也可以在日常开发或者使用中,利用一些自带工具查看网络流量趋势。
  • 手机自带流量监控

  • 从Android 4.0开始,DDMS(Dalvik Debug Monitor Server)也提供了网络流量使用情况的监控。



  • 除此之外,Android Studio等开发IDE也自带了Network Monitor,可以在开发测试过程中辅助进行性能问题排查。











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