[iOS] 線上UI卡頓監(jiān)控與符號化速度優(yōu)化

本文參考以下文章,做了一點優(yōu)化,提升了卡頓監(jiān)測的準(zhǔn)確性,性能,符號化速度等等。
iOS實時卡頓監(jiān)控深入理解RunLoopiOS版微信界面卡頓監(jiān)測方案深入剖析 iOS 性能優(yōu)化BSBacktraceLogger

UI卡頓檢測

通過監(jiān)測主runloop循環(huán)次數(shù)來判斷是否發(fā)送卡頓。

什么是runloop?
runloop就是線程里的一個循環(huán),退出該循環(huán)的條件是程序結(jié)束,程序什么時候結(jié)束自己定,類似MFC中消息循環(huán)。

為什么要有runloop?
線程保活,事件分發(fā),線程頻繁創(chuàng)建銷毀耗資源,不希望線程頻繁創(chuàng)建銷毀。

怎么監(jiān)控主runloop循環(huán)次數(shù)?
runloop循環(huán)的過程中會拋通知出來,在異步線程中創(chuàng)建一個runloop觀察者監(jiān)聽這些通知即可。

怎么檢測UI發(fā)生了卡頓?
監(jiān)控主runloop循環(huán)次數(shù),流暢情況下,一般循環(huán)60次,對應(yīng)60幀。
假設(shè)認為掉了10幀,人眼能明顯感受到卡頓,10 * 16.67 ms 約 166 ms,那么runloop超過166ms沒回調(diào)通知給我的觀察者,判定為卡頓,并且要“非常非常及時”獲取下主線程的調(diào)用棧,棧頂?shù)姆椒ň褪前l(fā)生卡頓的方法。

看下圖:這是網(wǎng)友根據(jù)runloop源碼畫的流程圖

起一個線程用信號量卡著,每166ms執(zhí)行一次,用個變量last記錄最后一次runloop拋出來通知,如果發(fā)生166ms超時,去看 last 是什么值,如果是 kCFRunLoopBeforeSources 和 kCFRunLoopAfterWaiting,表示自己的代碼發(fā)生卡頓,因為這兩個通知后面處理的是 source0系統(tǒng)代碼,source1用戶代碼,timer代碼事件。發(fā)生了卡頓就在監(jiān)控線程將其調(diào)用棧獲取下來。

另外頁面切換速度,F(xiàn)PS幀率,都跟主循環(huán)正相關(guān),因為viewDidLoad等等事件都在主線程執(zhí)行,UI也在主線程繪制。監(jiān)測了主runloop,這兩個指標(biāo)其實可以不用在監(jiān)測。

符號化

符號化就是給一個內(nèi)存地址 0x00001234 找到其符號 -[ViewController viewDidLoad] 的過程,因為mach-o文件中包含了LC_SYMTAB段,該段中包含符號表。
注意,iOS系統(tǒng)做了優(yōu)化,系統(tǒng)庫的符號不在內(nèi)存中,會提示 <redacted>

符號化參考BSBacktraceLogger所寫

改進的地方有:
1.預(yù)處理所有image,記錄下image中所需要的各個segment基址,image內(nèi)存地址范圍等等,避免每次用個for循環(huán)來查找segment基址,預(yù)處理后查找基址從 O(N) 降到 O(1),注意點:image可以動態(tài)加載,動態(tài)刪除,好在iOS中不會刪除,只會在APP啟動時會逐漸加載,加完后image數(shù)量不會變化,如果image數(shù)量有變,那么得重新預(yù)處理一次。

2.查找一個內(nèi)存地址 address 在哪一個 image 內(nèi),返回該 image 索引
由于有預(yù)處理image地址范圍,并對地址排了序,qsort()排序,并且image地址不重疊,那么這里查找一個image直接用二分查找,從原來的兩個for循環(huán)的O(n^2)降到了O(log n),為什么不用哈希查找是因為地址空間太大,64位下有2^64個地址,大約 16777216T,太大了存不下。

3.加緩存,緩存 (address, symbol) 地址到symbol符號結(jié)構(gòu)體的二元組
使用自己實現(xiàn)的LRU緩存,比NSCache快4倍,文章地址:http://www.lxweimin.com/p/1f8e36285539

4.監(jiān)控線程只獲取調(diào)用棧,另起一個線程進行符號化,相當(dāng)于監(jiān)控線程是生產(chǎn)者,其他線程是消費者,一對一生產(chǎn)消費模型。

優(yōu)化結(jié)果:1000次符號化調(diào)用
7個棧:
優(yōu)化后:50ms,,,優(yōu)化前:1800ms

70個棧:
優(yōu)化后:800ms,,,優(yōu)化前:11800ms

那么除以1000就是一次符號化的時間,大約是 0.05ms 到 0.8ms 之間能獲取到全部調(diào)用棧,提高了準(zhǔn)確性。因為在50ms發(fā)生了卡頓,該卡頓可能在51ms消失,調(diào)用棧變化十分快,必須要在最短時間內(nèi)捕捉到調(diào)用棧,才能準(zhǔn)確,如果要在幾毫秒后才捕捉到,那可能就不是發(fā)生卡頓的調(diào)用棧了,導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)。

優(yōu)化后的代碼暫時未貼出,以后會考慮開源的。

線上UI卡頓監(jiān)控結(jié)果

UI卡頓監(jiān)控SDK終于上線了,灰度范圍5萬個用戶,線上 0 崩潰。
后臺已捕捉到幾千處方法卡頓和卡頓調(diào)用棧(卡頓定義:UI線程超過500ms沒響應(yīng)判定為卡頓)
卡頓主要原因是:有代碼在主線程同步請求網(wǎng)絡(luò),主線程讀寫數(shù)據(jù)庫,寫文件,加鎖,做數(shù)據(jù)解析,數(shù)據(jù)計算等等。
修復(fù)完這些卡頓,APP流暢性將得到提升,用戶體驗提升。

監(jiān)控SDK本身的性能消耗:(iPhone 6s, iOS 9.2 測得)
SDK啟動時間:0.05 ms
SDK啟動后:CPU 接近 0%,內(nèi)存大約幾十kb
包體積:72 kb
磁盤使用:3 kb,(一次啟動數(shù)據(jù)上報流量 2 kb)
常駐線程:啟動一分鐘內(nèi)有3個,收集完數(shù)據(jù)后,常駐線程僅1個,CPU 接近 0%

另外我還一個業(yè)務(wù)型的SDK在月活1.1億的APP上,崩潰數(shù)只有11個。

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