作者｜金建超，杨晨，单位：中国移动智能家居运营中心实验室对应用的性能提出了更高的要求。当前的性能测试技术跟不上移动应用的开发速度，测试效率低下，测试结果无法反映真实的用户体验。本文采用Hook技术实现Android应用响应速度的秒级测试，旨在为移动应用性能测试提供新的思路。os:测试士兵！产品棋子！Part01Android平台Hook技术Android操作系统有自己的事件分发机制。应用程序、应用程序触发事件、后台逻辑处理都是按照事件流程一步步执行的。钩子（hook）是在事件传递到端点之前拦截监听事件的传递，就像钩子钩住事件一样，在钩住事件的时候可以处理一些特定的事件，其本质是劫持函数称呼。1.1AndroidHook工作流程Hook的原理是改变目标函数的运行方向。Android是基于Linux内核的操作系统。每个Android进程都有自己独立的进程空间。实现Hook首先需要在目标进程空间注入代码，让代码在目标进程空间有对应的地址。最后，修改寄存器。要执行的函数的地址。Android中常用ptrace函数附加进程，mmap函数分配临时内存存放代码，dlopen函数加载动态链接库文件实现Hook。具体过程如下：使用ptraceattach附加到目标进程；调用mmap分配内存，写入内存注入so文件；调用dlopen打开注入的so文件，通过dlsym获取入口函数地址；使用ptrace_call调用入口函数；使用ptracedetach释放目标进程；两种开发模式，基于AndroidSDK的Java语言开发，以及基于AndroidNDK的NativeC/C++语言开发。根据APIHook对应的API，AndroidHook分为两种，一种是Java层Hook，一种是Native层Hook。Java层hook主要是通过注入Android平台的虚拟机和Java反射来改变Android虚拟机调用函数的方式，从而达到Java函数重定向的目的。常见框架有Xposed、CydiaSubstrate等，Native层Hook主要针对使用NDK开发的so库文件，包括Android操作系统Linux底层函数的重定向，通过修改全局偏移表GOT表或者so库文件（ELF格式文件）中的符号表SYM表，实现函数重定向。常见的框架有DeXposed、AndFix等。1.3Xposed框架Xposed是目前Android平台上使用最广泛的开源Hook框架。该框架通过替换/system/bin/app_process程序来控制Zygote进程，使系统在启动时加载XposedBridge.jar文件，从而完成Zygote进程及其对创建的Dalvik虚拟机的劫持。Xposed框架的主要功能是建立模块安装平台。安装Xposed框架后，开发者可以自定义开发各种功能模块，添加到xposed安装程序中，实现修改目标应用的功能，如修改手机序列号、GPS坐标、电话号码、运营商等等。当其他应用程序尝试读取这些信息时，它们会返回修改后的值或随机数。Part02测试工具设计与实现Android应用在运行过程中会调用系统提供的API。通过hook系统API获取它们的调用信息，然后分析API的调用关系和调用时间，实现系统API之间的调用。耗时统计。基于这一原理，本文设计了一套Android应用程序响应时间测试工具。2.1设计方案本文实现的Android应用程序响应时间测试工具总体架构如图2所示，包括xposed模块和分析模块。xposed模块负责事件获取和信息输出。它的主要功能是获取Android系统运行过程中的点击事件信息和绘图事件信息，并输出到logcat。分析模块监控logcat日志，分析收集到的信息并计算响应时间。图2响应时间测试工具架构图2.2点击事件HOOK实现Android应用程序使用事件驱动与用户交互。当用户触摸屏幕时，会产生点击事件（MotionEvent），然后通过事件分发传递给具体的业务进行相关处理。点击事件的分发过程主要由以下三个函数实现：dispatchTouchEvent()、onInterceptTouchEvent()和onTouchEvent()。一个完整的用户点击屏幕操作流程如下：用户触摸产生点击事件，调用Activity.dispatchTouchEvent()传递给Activity，Activity收到事件后，调用ViewGroup.dispatchTouchEvent()传递ViewGroup，ViewGroup收到事件后调用ViewGroup。onInterceptTouchEvent()确认事件是否被拦截。如果没有拦截，找到当前点击的子View，调用View的dispatchTouchEvent()实现事件传递，View收到事件后调用View.onTouchEvent()处理事件，最终完成点击事件。消耗。从上面的事件分发流程可以看出，点击事件的分发是从Activity.dispatchTouchEvent()开始的，所以我们选择这个函数作为点击的开始时间。使用Xposed框架实现Activity.dispatchTouchEvent()的Hook，在函数执行前输出相应的日志信息，包括事件Tag和事件时间戳。具体实现代码如下：/***Function:HookdispatchTouchEvent,获取点击事件Timestamp*/findAndHookMethod("android.app.Activity,loadPackageParam.classLoader,"dispatchTouchEvent",MotionEvent.class,newXC_MethodHook(){@OverrideprotectedvoidbeforeHookedMethod(MethodHookParamparam)throwsThrowable{super.beforeHookedMethod;/Method(param)/日志输出点击事件时间戳Log.d("speedtest","TouchTimestamp:"+System.currentTimeMillis()+"ms");}@OverrideprotectedvoidafterHookedMethod(MethodHookParamparam)throwsThrowable{super.afterHookedMethod(param);}});2.3绘制事件HOOK实现Android系统的显示过程可以简单概括为应用层进行测量，布局，绘制，完成后将Surface数据存储到匿名共享内存中，SurfaceFlinger将多个Surface缓存数据合成，提交到屏幕的后台缓冲区，然后将数据更新到屏幕en通过Android的刷新机制，最终通过应用层的不断绘制和屏幕的不断刷新，一帧一帧地显示出来。Android应用的显示过程包括Application端渲染和系统端渲染两部分，根据Xposed框架的适用范围和Hooking的难易程度，我们选择应用端渲染作为Hook目标。Android中的任何布局、任何控件，其实都是直接或间接继承自View的。所有视图都遵循相同的绘制过程。Measure和Layout用于确定当前需要绘制的View的大小和位置。通过绘制（Draw）到Surface。View的绘制过程可以细分如下：绘制背景：drawBackground(canvas);画自己：onDraw(canvas);绘制子视图：onDraw(canvas)；绘制前景色和滚动条：onDrawForeground(canvas)。根据以上分析，我们选择View.onDrawForeground()作为目标函数，通过Xposed框架实现Hook，输出函数执行前后相应的日志信息，包括事件Tag和事件时间戳。具体实现代码如下：/***Function:HookdispatchDraw,getdrawingeventtimestamp*/findAndHookMethod("android.view.View",loadPackageParam.classLoader,"onDrawForeground",Canvas.class,newXC_MethodHook(){@OverrideprotectedvoidbeforeHookedMethod(MethodHookParamparam)throwsThrowable{super.beforeHookedMethod(param);//日志输出绘图开始时间戳Log.d("speedtest","DrawTimestampStart:"+System.currentTimeMillis()+"ms");}@OverrideprotectedvoidafterHookedMethod(MethodHookParamparam)throwsThrowable{super.afterHookedMethod(param);//日志输出绘图结束时间戳Log.d("speedtest","DrawTimestampEnd:"+System.currentTimeMillis()+“多发性硬化症”）;}}）;2.4分析模块的实现该模块的核心功能是日志监控和页面耗时计算。实现监听点击事件和绘制事件的时间戳信息的输出，提取对应的事件戳，通过分析计算页面加载时间。Logcat是Android操作系统的命令工具。它的主要功能是获取应用程序的日志信息。手机通过USB连接ADBShell后，可以在命令行窗口通过“adbLogcat”命令查看。本模块的日志监控主要通过命令“adblogcat-sTag”完成，实现日志收集和Tag过滤。该模块还通过python正则匹配提取日志信息中的事件时间戳信息，计算页面加载时间。该模块的执行流程如下：启动日志监控；实时采集logcat信息，提取事件信息和时间戳信息存储到本地数据库；点击页面耗时分析计算页面耗时，计算公式为：耗时=lastDrawTimestampEndTimestamp-StartTouchTimestampTimestamp停止日志监控，结束测试；Part03测试工具应用分析为了验证工具的准确性，我们选择启动activity耗时，录屏分析获取响应时间作为实际测试的对比，测试手机型号为小米9，安卓系统版本7.1.2，录屏设备为罗技C920（录制帧率20fps），测试页面为社区公告页面，详细测试记录如下：表1不同方式页面加载消耗时间测试记录表我们对15个测试结果进行了统计分析（见图3），发现通过Hook方式获取的页面加载时间与录屏分析获取的页面加载时间基本一致，证明该工具可以用于Android上的应用响应速度测试，可以反馈用户的真实体验。图3不同方式页面加载耗时统计结果Part04结语本文设计并实现了一个基于Hook的Android应用响应时间测试工具。响应时间测试，具有测试结果准确、测试结果秒级输出的特点。除了在响应时间上使用Hook技术外，还可以用于其他性能测试，如崩溃信息获取、流量统计等，本文以响应时间测试工具为例，描述具体实现过程，旨在为其他基于Hook技术的测试工具提供基础。参考。
