ios 利用RunLoop的原理去监控卡顿

一、卡顿问题的几种原因

• 复杂 UI 、图文混排的绘制量过大；
• 在主线程上做网络同步请求；
• 在主线程做大量的 IO 操作；
• 运算量过大，CPU 持续高占用；
• 死锁和主子线程抢锁。

二、监测卡顿的思路

1. 监测FPS：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。
2. RunLoop：通过监控 RunLoop 的状态来判断是否会出现卡顿。RunLoop原理这里就不再多说，主要说方法，首先明确loop的状态有六个

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

}

我们需要监测的状态有两个：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。

 

三、如何检查卡顿

先粗略说下步骤：

• 创建一个 CFRunLoopObserverContext 观察者；
• 将创建好的观察者 runLoopObserver 添加到主线程 RunLoop 的 common 模式下观察；
• 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；
• 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；

上代码：

//
//  SMLagMonitor.h
//
//  Created by DaiMing on 16/3/28.
//

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface SMLagMonitor : NSObject

+ (instancetype)shareInstance;

- (void)beginMonitor; //开始监视卡顿
- (void)endMonitor;   //停止监视卡顿

@end

//
//  SMLagMonitor.m
//
//  Created by DaiMing on 16/3/28.
//

#import "SMLagMonitor.h"
#import "SMCallStack.h"
#import "SMCPUMonitor.h"

@interface SMLagMonitor() {
    int timeoutCount;
    CFRunLoopObserverRef runLoopObserver;
    @public
    dispatch_semaphore_t dispatchSemaphore;
    CFRunLoopActivity runLoopActivity;
}
@property (nonatomic, strong) NSTimer *cpuMonitorTimer;
@end

@implementation SMLagMonitor

#pragma mark - Interface
+ (instancetype)shareInstance {
    static id instance = nil;
    static dispatch_once_t dispatchOnce;
    dispatch_once(&dispatchOnce, ^{
        instance = [[self alloc] init];
    });
    return instance;
}

- (void)beginMonitor {
    //监测 CPU 消耗
    self.cpuMonitorTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:3
                                                             target:self
                                                           selector:@selector(updateCPUInfo)
                                                           userInfo:nil
                                                            repeats:YES];
    //监测卡顿
    if (runLoopObserver) {
        return;
    }
    dispatchSemaphore = dispatch_semaphore_create(0); //Dispatch Semaphore保证同步
    //创建一个观察者
    CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
    runLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,
                                              kCFRunLoopAllActivities,
                                              YES,
                                              0,
                                              &runLoopObserverCallBack,
                                              &context);
    //将观察者添加到主线程runloop的common模式下的观察中
    CFRunLoopAddObserver(CFRunLoopGetMain(), runLoopObserver, kCFRunLoopCommonModes);
    
    //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, 20*NSEC_PER_MSEC));
            if (semaphoreWait != 0) {
                if (!runLoopObserver) {
                    timeoutCount = 0;
                    dispatchSemaphore = 0;
                    runLoopActivity = 0;
                    return;
                }
                //两个runloop的状态，BeforeSources和AfterWaiting这两个状态区间时间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
                    //出现三次出结果
//                    if (++timeoutCount < 3) {
//                        continue;
//                    }
                    NSLog(@"monitor trigger");
                    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
//                        [SMCallStack callStackWithType:SMCallStackTypeAll];
                    });
                } //end activity
            }// end semaphore wait
            timeoutCount = 0;
        }// end while
    });
    
}

- (void)endMonitor {
    [self.cpuMonitorTimer invalidate];
    if (!runLoopObserver) {
        return;
    }
    CFRunLoopRemoveObserver(CFRunLoopGetMain(), runLoopObserver, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(runLoopObserver);
    runLoopObserver = NULL;
}

#pragma mark - Private

static void runLoopObserverCallBack(CFRunLoopObserverRef observer, CFRunLoopActivity activity, void *info){
    SMLagMonitor *lagMonitor = (__bridge SMLagMonitor*)info;
    lagMonitor->runLoopActivity = activity;
    
    dispatch_semaphore_t semaphore = lagMonitor->dispatchSemaphore;
    dispatch_semaphore_signal(semaphore);
}


- (void)updateCPUInfo {
    thread_act_array_t threads;
    mach_msg_type_number_t threadCount = 0;
    const task_t thisTask = mach_task_self();
    kern_return_t kr = task_threads(thisTask, &threads, &threadCount);
    if (kr != KERN_SUCCESS) {
        return;
    }
    for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
        thread_info_data_t threadInfo;
        thread_basic_info_t threadBaseInfo;
        mach_msg_type_number_t threadInfoCount = THREAD_INFO_MAX;
        if (thread_info((thread_act_t)threads[i], THREAD_BASIC_INFO, (thread_info_t)threadInfo, &threadInfoCount) == KERN_SUCCESS) {
            threadBaseInfo = (thread_basic_info_t)threadInfo;
            if (!(threadBaseInfo->flags & TH_FLAGS_IDLE)) {
                integer_t cpuUsage = threadBaseInfo->cpu_usage / 10;
                if (cpuUsage > 70) {
                    //cup 消耗大于 70 时打印和记录堆栈
                    NSString *reStr = smStackOfThread(threads[i]);
                    //记录数据库中
//                    [[[SMLagDB shareInstance] increaseWithStackString:reStr] subscribeNext:^(id x) {}];
                    NSLog(@"CPU useage overload thread stack：\n%@",reStr);
                }
            }
        }
    }
}

@end

使用，直接在APP didFinishLaunchingWithOptions 方法里面这样写：

[[SMLagMonitor shareInstance] beginMonitor];

 

搞定！