一、UI更新原理和卡顿原因
在 VSync 信号到来后，系统图形服务会通过 CADisplayLink 等机制通知 App，App 主线程开始在 CPU 中计算显示内容，比如视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等。随后 CPU 会将计算好的内容提交到 GPU 去，由 GPU 进行变换、合成、渲染。随后 GPU 会把渲染结果提交到帧缓冲区去，等待下一次 VSync 信号到来时显示到屏幕上。由于垂直同步的机制，如果在一个 VSync 时间内，CPU 或者 GPU 没有完成内容提交，则那一帧就会被丢弃，等待下一次机会再显示，而这时显示屏会保留之前的内容不变。这就是界面卡顿的原因。
所以，卡顿造成的原因分为CPU卡顿和GPU卡顿，CPU卡顿可以用CADisplayLink来检测，UI更新卡顿可以用Runloop的mode来检测
-
监测卡顿：开一个子线程，利用displaylink或者Runloop来监测卡顿；
-
收集堆栈：将卡顿时的堆栈收集起来；
-
上传记录：将卡顿上传到后台或自定义；
这里我引用一张微信开发团队的监测流程图：
二、Runloop检测卡顿
首先我们来看一个Runloop的运行方式，如下
int32_t __CFRunLoopRun()
{
// 通知即将进入runloop
//创建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPush();
__CFRunLoopDoObservers(KCFRunLoopEntry);
do
{
// 通知将要处理timer和source
__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeTimers);
__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeSources);
// 处理非延迟的主线程调用
__CFRunLoopDoBlocks();
// 处理UIEvent事件
__CFRunLoopDoSource0();
// GCD dispatch main queue
CheckIfExistMessagesInMainDispatchQueue();
// 即将进入休眠
//释放并新建AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop(); _objc_autoreleasePoolPush();
__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopBeforeWaiting);
// 等待内核mach_msg事件
mach_port_t wakeUpPort = SleepAndWaitForWakingUpPorts();
// Zzz...
// 从等待中醒来
__CFRunLoopDoObservers(kCFRunLoopAfterWaiting);
if (wakeUpPort == timerPort){// 处理因timer的唤醒
__CFRunLoopDoTimers();
}else if (wakeUpPort == mainDispatchQueuePort){// 处理异步方法唤醒,如dispatch_async
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__()
} else{// UI刷新,动画显示
__CFRunLoopDoSource1();
}
// 再次确保是否有同步的方法需要调用
__CFRunLoopDoBlocks();
} while (!stop && !timeout);
// 通知即将退出runloop
//释放AutoreleasePool: _objc_autoreleasePoolPop();
__CFRunLoopDoObservers(CFRunLoopExit);
}
UI更新一般kCFRunLoopBeforeSources和kCFRunLoopBeforeWaiting之间，所以我们监测他们之间的时间段就能知道UI是否卡顿了
- (void)startMoniter{
//添加监听
CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
_observer = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,
kCFRunLoopAllActivities,
YES,
0,
&runLoopObserverCallBack,
&context);
CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), _observer, kCFRunLoopCommonModes);
// 创建信号
_semaphore = dispatch_semaphore_create(0);
// 在子线程监控时长
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
while (YES)
{
NSLog(@"smooth--monitering");
//100ms则将堆栈记录下来
long st = dispatch_semaphore_wait(_semaphore, dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, 100*NSEC_PER_MSEC));
if (st != 0)
{
if (_activity==kCFRunLoopBeforeSources || _activity==kCFRunLoopAfterWaiting)
{
[self logStack];
}
}
}
});
}
static void runLoopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info)
{
SmoothMoniter *instrance = [SmoothMoniter sharedInstance];
instrance.activity = activity;
dispatch_semaphore_t semaphore = instrance.semaphore;
dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}
三、收集堆栈
收集堆栈信息以用来分析卡顿引起的代码
#import <libkern/OSAtomic.h>
#import <execinfo.h>
- (void)logStack{
void* callstack[128];
int frames = backtrace(callstack, 128);
char **strs = backtrace_symbols(callstack, frames);
int i;
NSMutableArray *backtrace = [NSMutableArray arrayWithCapacity:frames];
for ( i = 0 ; i < frames ; i++ ){
[backtrace addObject:[NSString stringWithUTF8String:strs[i]]];
}
free(strs);
}
可以得到类似于下方的堆栈记录
四、DisplayLink检测卡顿
一但 CADisplayLink 以特定的模式注册到runloop之后，每当屏幕需要刷新的时候，runloop就会调用CADisplayLink绑定的target上的selector，这时target可以读到 CADisplayLink 的每次调用的时间戳，用来准备下一帧显示需要的数据。所以通过比较dispalylink的更新时间就可以知道是否存在卡顿
- (void)updateTime{
if (!_last_time) {
_last_time = self.displayLink.timestamp;
return;
}
_count ++;
CFTimeInterval current = self.displayLink.timestamp;
CFTimeInterval period = current - _last_time;
if (period > 1 ) {
NSLog(@"FPS:%@",@(_count));
_count = 0;
_last_time = self.displayLink.timestamp;
}
}
- (CADisplayLink *)displayLink{
if (!_displayLink) {
_displayLink = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(updateTime)];
[_displayLink addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
}
return _displayLink;
}
五、上传记录
1、频率以及流量：是否所有的用户都要做统计？上传的频率？文件压缩以减少流量？这些问题都要根据实际情况作好准备。
2、上传位置，一种是自己建立后台来统计这些卡顿，嫌麻烦的话是利用第三方平台、如友盟（统计崩溃比较多）、听云、OneApm、博睿，都大同小异。
六、代码
上面的代码可以在smoothMonitor 下载
http://www.helloted.com/ios/2016/10/06/smoothMonitor/