浏览内核CPU不收敛问题定位和分析

一  问题发现

     浏览内核CPU 占用问题是影响用户使用的关键因素，会引起操作卡顿、手机耗电以及应用

崩溃等问题。CPU 占用由于受到页面、机型、应用框架的影响，较难进行定位和优化。在浏览内核性能测试中发现CPU 占用高于之前版本，通过分析CPU 曲线，发现可能是部分场景CPU 没有收敛导致的，因此对CPU 收敛做了专项测试。

老测试方案——内核之前针对CPU 收敛的测试是通过加载用户访问Top 100 的页面，应用放后台通过TOP 命令观察CPU 收敛情况。

缺点： 1.测试工作量非常大；2.Top页面结构复杂很难分析是页面中的那个元素引起的不收敛现象；3.页面经常变化，收敛状态难以稳定复现；

新测试方案——通过对页面的整理分析和与RD 的沟通，引起CPU 不收敛的问题主要是页面中的动态元素，如CSS动画、 视频播放、 Timer 定时器、 js 加载、 gif动图等，并由QA自己开发动态元素的测试页面进行测试，在测试场景上选择了应用切后台和页面切换至不可见窗口两种。

优点：1.测试工作量小，针对性强；2.页面固定、元素简单，易于复现；3. 场景更加贴近用户使用；

测试结果：

     使用新测试方案完成测试后，发现如下几个问题：

问题一   页面切换至不可见窗口场景：测试中心、CSS、H5、GIF 等多个页面不收敛；

问题二   APP 切后台场景：测试中心页面不收敛；

二  初步分析

问题一通过对测试结果的分析，当用户创建空白页面，使测试页面切换至不可见窗口的场景时，包含GIF 图、CSS 动态元素的页面CPU 仍然有波动，而没有收敛至0， 这里可以猜测出可能当页面不可见时，页面的绘制没有进行pause，内核判断页面动态元素有更新，因此还在不断的进行绘制，导致CPU 不为0。

问题二测试中心页面不收敛，该页面是测试平台的导航页面，本身没有动态元素，但是仍有不收敛现象。QA通过绘制工具systrace分析页面加载过程的数据，发现切换切换后台后，内核的main(scheduler)/thread_proxy(cc)在工作，还在绘制内容。推测有两个可能：1.APP切后台，没有pause当前的webview；2.测试中心首页的某些逻辑导致内核没被pause。

三  业务和代码分析

内核加载过程——浏览内核加载页面的网络部分向网络发起请求并把网页资源下载给Loader，之后 HTML Parser 将 HTML 和 Script 解析成 DOM 树，再结合 CSS 层叠样式表生成对应的 Render 树。Render 树上就包含了每个元素的各种属性字体、颜色、屏幕上面的坐标、长、宽等。Render 树进一步生成 Graphics Context 交给平台相关的图形库把页面展示在屏幕上。大体过程是如下图这样，实际上内核是边加载边绘制的。

内核绘制过程——浏览内核为了减少不必要的绘制，保证页面的绘制速度和页面滑动的流畅度，对Render Tree 进行了分层，可以更方便的进行页面的局部更新。有更新的layer 将更新数据经过合成composite阶段，将真正的需要绘制区域数据给GL 进行draw，最终完成图像的显示。整个过程是多线程的，通过消息来驱动这个流程。

     动态元素由于更新频率高，通常会划分为单独的layer，如果这个layer 的更新消息没有暂停，就会导致这个消息驱动layer 的合成，进行更新区域的计算，调用drawGL 进行图像的draw。因此CPU 会一直被占用。

四 真相大白

问题一

     页面动态元素不收敛，通过将页面中动态元素删除后，测试结果为收敛，由此可以证明确实是动态元素导致。动态元素有频繁的更新消息，使得不断对包含动态元素的layer 进行合成和绘制，导致CPU 不收敛。首先需要查看该webview 是否是否被pause，webview 被切换至不可见状态时，策略上应该暂停一切页面的处理，节约更多的CPU和内存资源保证当前活动窗口的处理。

 //  webview onPause 的处理
public void onPause() {
        if (mIsPaused || mNativeAwContents == 0) return;
        mIsPaused = true;
        nativeSetIsPaused(mNativeAwContents, mIsPaused);
}

 内核没有对文档解析、js 加载、动图进行暂停。

解决方案：

// 网络加载暂停
void ContentViewCoreImpl::SetIsPaused(JNIEnv* env,
     jobject obj,
     bool paused) {
  GetWebContents()->Send(new ViewMsg_SetIsPaused(
      GetWebContents()->GetRoutingID(), paused));
}
// 绘制暂停
void RenderViewImpl::OnSetIsPaused(bool paused) {
  if (!webview())
    return;
  webview()->setIsPaused(paused);
}
// 文档解析暂停
void WebViewImpl::setIsPaused(bool paused) {
    Document* document = page()->mainFrame()->document();
    if (!document)
        return;
    if (paused)
        document->suspendScheduledTasks();
    else
        document->resumeScheduledTasks();
}

问题二

     测试中心页面不能收敛，此页面并没有动态元素，因此用上面的方法分析是不奏效的，需要找其他的方法。百度浏览内核是基于Blink 35版本再次开发的版本，因此想要验证下原生内核是否有问题，于是验证了Blink 35、36都是不收敛，blink 37 版本可以收敛，因此可以断定是Blink 内核自己的bug，通过对绘制过程相关代码的查找，发现google 工程师对此问题的一个注释。

if (RenderView* view = renderView()) {
        ASSERT(!view->needsLayout());
        view->compositor()->updateCompositingLayers();
 
        // FIXME: we should not have any dirty bits left at this point. Unfortunately, this is not yet the case because
        // the code in updateCompositingLayers sometimes creates new dirty bits when updating direct compositing reasons.
        // See crbug.com/354100.
        view->compositor()->scheduleAnimationIfNeeded();
}

     通过上面的注释可以看出，在layer 有更新进行合成过程中，会引入脏数据导致layer 一直更新，并进行后面的数据处理和绘制，导致CPU 不收敛，通过增加打印Log 也可以证明，不收敛的页面确实在不断进行该函数的调用。

      通过对Blink 37 修复的patch 进行研究，内核对判断Layer 更新的状态进行了修改，调整了更新判断的结构，删除了scheduleAnimationIfNeeded 方法，通过其他状态判断是否需要更新layer，并进行数据的合成进行绘制，通过将37 patch 合入测试发现可以有效解决不收敛问题。

解决方案：

     增加了CompositingReasonFinder::requiresCompositingForPosition 方法判断是否需要进行合成。

脏数据的问题还是没有根本解决，只是增加了判断，不会出现之前的循环处理。

void RenderLayerCompositor::assertNoUnresolvedDirtyBits()
{
    ASSERT(!compositingLayersNeedRebuild());
    ASSERT(!m_needsUpdateCompositingRequirementsState);
    ASSERT(m_pendingUpdateType == CompositingUpdateNone);
    ASSERT(!m_rootShouldAlwaysCompositeDirty);
ASSERT(!m_needsToRecomputeCompositingRequirements);
}

五 总结

CPU 收敛在CPU 性能测试中是一个非常重要的项目，对于用户体验的影响也是非常大。这个案例首先在CPU 收敛的测试方案上有很大的突破，通过较小的成本发现了不收敛的场景；其次，通过测试页面和弱网环境稳定复现bug，帮助RD定位问题，最后通过查阅blink 内核的官方文档、代码记录和bug 系统，最终找到了解决方案， 提升了整体产品的体验。

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