流量统计(转载)

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_bytes和tx_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：wlan、eth、athwlan、ip6tnl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_bytes和tx_bytes查看收发流量：

和/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_bytes，r代表receive，是接收数据

    tx_bytes，t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getUidRxBytes和getUidTxBytes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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