你好,我是戴铭。今天,我来和你说说如何监控卡顿。
卡顿问题,就是在主线程上无法响应用户交互的问题。如果一个 App 时不时地就给你卡一下,有时还长时间无响应,这时你还愿意继续用它吗?所以说,卡顿问题对App的伤害是巨大的,也是我们必须要重点解决的一个问题。
现在,我们先来看一下导致卡顿问题的几种原因:
那么,我们如何监控到什么时候会出现卡顿呢?是要监视 FPS 吗?
以前,我特别喜欢一本叫作《24格》的杂志,它主要介绍的是动画片制作的相关内容。那么,它为啥叫24格呢?这是因为,动画片中1秒钟会用到24张图片,这样肉眼看起来就是流畅的。
FPS 是一秒显示的帧数,也就是一秒内画面变化数量。如果按照动画片来说,动画片的 FPS 就是24,是达不到60满帧的。也就是说,对于动画片来说,24帧时虽然没有60帧时流畅,但也已经是连贯的了,所以并不能说24帧时就算是卡住了。
由此可见,简单地通过监视 FPS 是很难确定是否会出现卡顿问题了,所以我就果断弃了通过监视FPS 来监控卡顿的方案。
那么,我们到底应该使用什么方案来监控卡顿呢?
对于iOS开发来说,监控卡顿就是要去找到主线程上都做了哪些事儿。我们都知道,线程的消息事件是依赖于NSRunLoop 的,所以从NSRunLoop入手,就可以知道主线程上都调用了哪些方法。我们通过监听 NSRunLoop 的状态,就能够发现调用方法是否执行时间过长,从而判断出是否会出现卡顿。
所以,我推荐的监控卡顿的方案是:通过监控 RunLoop 的状态来判断是否会出现卡顿。
RunLoop是iOS开发中的一个基础概念,为了帮助你理解并用好这个对象,接下来我会先和你介绍一下它可以做哪些事儿,以及它为什么可以做成这些事儿。
RunLoop这个对象,在 iOS 里由CFRunLoop实现。简单来说,RunLoop 是用来监听输入源,进行调度处理的。这里的输入源可以是输入设备、网络、周期性或者延迟时间、异步回调。RunLoop 会接收两种类型的输入源:一种是来自另一个线程或者来自不同应用的异步消息;另一种是来自预订时间或者重复间隔的同步事件。
RunLoop 的目的是,当有事件要去处理时保持线程忙,当没有事件要处理时让线程进入休眠。所以,了解 RunLoop 原理不光能够运用到监控卡顿上,还可以提高用户的交互体验。通过将那些繁重而不紧急会大量占用 CPU 的任务(比如图片加载),放到空闲的 RunLoop 模式里执行,就可以避开在 UITrackingRunLoopMode 这个 RunLoop 模式时是执行。UITrackingRunLoopMode 是用户进行滚动操作时会切换到的 RunLoop 模式,避免在这个 RunLoop 模式执行繁重的 CPU 任务,就能避免影响用户交互操作上体验。
接下来,我就通过 CFRunLoop 的源码来跟你分享下 RunLoop 的原理吧。
通知 observers:RunLoop 要开始进入 loop 了。紧接着就进入 loop。代码如下:
//通知 observers
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry )
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
//进入 loop
result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
开启一个 do while 来保活线程。通知 Observers:RunLoop 会触发 Timer 回调、Source0 回调,接着执行加入的 block。代码如下:
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Timer 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers)
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Source0 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources)
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
// 执行 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
接下来,触发 Source0 回调,如果有 Source1 是 ready 状态的话,就会跳转到 handle_msg去处理消息。代码如下:
if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort ) {
Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
if (hasMsg) goto handle_msg;
}
回调触发后,通知 Observers:RunLoop的线程将进入休眠(sleep)状态。代码如下:
Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
进入休眠后,会等待 mach_port 的消息,以再次唤醒。只有在下面四个事件出现时才会被再次唤醒:
等待唤醒的代码如下:
do {
__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
// 基于 port 的 Source 事件、调用者唤醒
if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {
break;
}
// Timer 时间到、RunLoop 超时
if (currentMode->_timerFired) {
break;
}
} while (1);
唤醒时通知 Observer:RunLoop 的线程刚刚被唤醒了。代码如下:
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting))
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
RunLoop 被唤醒后就要开始处理消息了:
消息执行完后,就执行加到 loop 里的 block。代码如下:
handle_msg:
// 如果 Timer 时间到,就触发 Timer 回调
if (msg-is-timer) {
__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
}
// 如果 dispatch 就执行 block
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
// Source1 事件的话,就处理这个事件
else {
CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
if (sourceHandledThisLoop) {
mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
}
}
根据当前 RunLoop 的状态来判断是否需要走下一个 loop。当被外部强制停止或loop 超时时,就不继续下一个 loop 了,否则继续走下一个 loop 。代码如下:
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
// 事件已处理完
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
// 超时
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
// 外部调用者强制停止
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
// mode 为空,RunLoop 结束
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
整个 RunLoop 过程,我们可以总结为如下所示的一张图片。-
这里只列出了 CFRunLoop 的关键代码,你可以点击这个链接查看完整代码。
通过对RunLoop原理的分析,我们可以看出在整个过程中,loop的状态包括6个,其代码定义如下:
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry , // 进入 loop
kCFRunLoopBeforeTimers , // 触发 Timer 回调
kCFRunLoopBeforeSources , // 触发 Source0 回调
kCFRunLoopBeforeWaiting , // 等待 mach_port 消息
kCFRunLoopAfterWaiting ), // 接收 mach_port 消息
kCFRunLoopExit , // 退出 loop
kCFRunLoopAllActivities // loop 所有状态改变
}
如果RunLoop的线程,进入睡眠前方法的执行时间过长而导致无法进入睡眠,或者线程唤醒后接收消息时间过长而无法进入下一步的话,就可以认为是线程受阻了。如果这个线程是主线程的话,表现出来的就是出现了卡顿。
所以,如果我们要利用RunLoop原理来监控卡顿的话,就是要关注这两个阶段。RunLoop在进入睡眠之前和唤醒后的两个 loop 状态定义的值,分别是 kCFRunLoopBeforeSources 和 kCFRunLoopAfterWaiting ,也就是要触发 Source0 回调和接收 mach_port 消息两个状态。
接下来,我们就一起分析一下,如何对loop的这两个状态进行监听,以及监控的时间值如何设置才合理。
要想监听 RunLoop,你就首先需要创建一个 CFRunLoopObserverContext 观察者,代码如下:
CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
runLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,kCFRunLoopAllActivities,YES,0,&runLoopObserverCallBack,&context);
将创建好的观察者 runLoopObserver 添加到主线程 RunLoop 的 common 模式下观察。然后,创建一个持续的子线程专门用来监控主线程的 RunLoop 状态。
一旦发现进入睡眠前的 kCFRunLoopBeforeSources 状态,或者唤醒后的状态 kCFRunLoopAfterWaiting,在设置的时间阈值内一直没有变化,即可判定为卡顿。接下来,我们就可以 dump 出堆栈的信息,从而进一步分析出具体是哪个方法的执行时间过长。
开启一个子线程监控的代码如下:
//创建子线程监控
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
//子线程开启一个持续的 loop 用来进行监控
while (YES) {
long semaphoreWait = dispatch_semaphore_wait(dispatchSemaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 3 * NSEC_PER_SEC));
if (semaphoreWait != 0) {
if (!runLoopObserver) {
timeoutCount = 0;
dispatchSemaphore = 0;
runLoopActivity = 0;
return;
}
//BeforeSources 和 AfterWaiting 这两个状态能够检测到是否卡顿
if (runLoopActivity == kCFRunLoopBeforeSources || runLoopActivity == kCFRunLoopAfterWaiting) {
//将堆栈信息上报服务器的代码放到这里
} //end activity
}// end semaphore wait
timeoutCount = 0;
}// end while
});
代码中的 NSEC_PER_SEC,代表的是触发卡顿的时间阈值,单位是秒。可以看到,我们把这个阈值设置成了3秒。那么,这个3秒的阈值是从何而来呢?这样设置合理吗?
其实,触发卡顿的时间阈值,我们可以根据 WatchDog 机制来设置。WatchDog 在不同状态下设置的不同时间,如下所示:
通过WatchDog 设置的时间,我认为可以把启动的阈值设置为10秒,其他状态则都默认设置为3秒。总的原则就是,要小于 WatchDog的限制时间。当然了,这个阈值也不用小得太多,原则就是要优先解决用户感知最明显的体验问题。
子线程监控发现卡顿后,还需要记录当前出现卡顿的方法堆栈信息,并适时推送到服务端供开发者分析,从而解决卡顿问题。那么,在这个过程中,如何获取卡顿的方法堆栈信息呢?
获取堆栈信息的一种方法是直接调用系统函数。这种方法的优点在于,性能消耗小。但是,它只能够获取简单的信息,也没有办法配合 dSYM 来获取具体是哪行代码出了问题,而且能够获取的信息类型也有限。这种方法,因为性能比较好,所以适用于观察大盘统计卡顿情况,而不是想要找到卡顿原因的场景。
直接调用系统函数方法的主要思路是:用 signal 进行错误信息的获取。具体代码如下:
static int s_fatal_signals[] = {
SIGABRT,
SIGBUS,
SIGFPE,
SIGILL,
SIGSEGV,
SIGTRAP,
SIGTERM,
SIGKILL,
};
static int s_fatal_signal_num = sizeof(s_fatal_signals) / sizeof(s_fatal_signals[0]);
void UncaughtExceptionHandler(NSException *exception) {
NSArray *exceptionArray = [exception callStackSymbols]; //得到当前调用栈信息
NSString *exceptionReason = [exception reason]; //非常重要,就是崩溃的原因
NSString *exceptionName = [exception name]; //异常类型
}
void SignalHandler(int code)
{
NSLog(@"signal handler = %d",code);
}
void InitCrashReport()
{
//系统错误信号捕获
for (int i = 0; i < s_fatal_signal_num; ++i) {
signal(s_fatal_signals[i], SignalHandler);
}
//oc未捕获异常的捕获
NSSetUncaughtExceptionHandler(&UncaughtExceptionHandler);
}
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
InitCrashReport();
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
另一种方法是,直接用 PLCrashReporter这个开源的第三方库来获取堆栈信息。这种方法的特点是,能够定位到问题代码的具体位置,而且性能消耗也不大。所以,也是我推荐的获取堆栈信息的方法。
具体如何使用 PLCrashReporter 来获取堆栈信息,代码如下所示:
// 获取数据
NSData *lagData = [[[PLCrashReporter alloc]
initWithConfiguration:[[PLCrashReporterConfig alloc] initWithSignalHandlerType:PLCrashReporterSignalHandlerTypeBSD symbolicationStrategy:PLCrashReporterSymbolicationStrategyAll]] generateLiveReport];
// 转换成 PLCrashReport 对象
PLCrashReport *lagReport = [[PLCrashReport alloc] initWithData:lagData error:NULL];
// 进行字符串格式化处理
NSString *lagReportString = [PLCrashReportTextFormatter stringValueForCrashReport:lagReport withTextFormat:PLCrashReportTextFormatiOS];
//将字符串上传服务器
NSLog(@"lag happen, detail below: \n %@",lagReportString);
搜集到卡顿的方法堆栈信息以后,就是由开发者来分析并解决卡顿问题了。
在今天这篇文章中,我们用到的从监控卡顿到收集卡顿问题信息的完整代码,你都可以点击这个链接查看。
今天我给你介绍了使用 RunLoop 监控卡顿的方案,我还跟你说了下 RunLoop 的原理,希望能够帮助你更好地理解 RunLoop 监控卡顿的方案。
读到这里你可能会想,为什么要将卡顿监控放到线上做呢?其实这样做主要是为了能够更大范围的收集问题,如果仅仅通过线下收集卡顿的话,场景无法被全面覆盖。因为,总有一些卡顿问题,是由于少数用户的数据异常导致的。
而用户反馈的卡顿问题往往都是说在哪个页面卡住了,而具体是执行哪个方法时卡主了,我们是无从得知的。在碰到这样问题时,你一定会感觉手足无措,心中反问一百遍:“我怎么在这个页面不卡,测试也不卡,就你卡”。而且,通过日志我们也很难查出个端倪。这时候,线上监控卡顿的重要性就凸显出来了。
有时,某个问题看似对 App 的影响不大,但如果这个问题在某个版本中爆发出来了就会变得难以收场。所以,你需要对这样的问题进行有预见性的监控,一方面可以早发现、早解决,另一方面在遇到问题时能够快速定位原因,不至于过于被动。要知道,面对问题的响应速度往往是评判基础建设优劣的一个重要的标准。
以上就是我们今天的内容了。接下来,我想请你回顾一下你都碰到过哪些卡顿问题,又是如何解决的呢?
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