App卡顿检测及方案优化

如何检查卡顿？

1、将创建好的观察者 runLoopObserver 添加到主线程 RunLoop 的 common 模式下观察。

2、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。

3、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。

RunLoop 是用来监听输入源，进行调度处理的。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。

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：

基于 port 的 Source 事件、Timer 时间到、RunLoop 超时、被调用者唤醒。

RunLoop 被唤醒后就要开始处理消息了：

如果是 Timer 时间到的话，就触发 Timer 的回调、如果是 dispatch 的话，就执行 block、如果是 source1 事件的话，就处理这个事件

卡顿的时间阈值设置多少合适？

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？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。

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：

启动（Launch）：20s；

恢复（Resume）：10s；

挂起（Suspend）：10s；

退出（Quit）：6s；后台（Background）：

3min（在 iOS 7 之前，每次申请 10min；之后改为每次申请 3min，可连续申请，最多申请到 10min）。

iOS常见卡顿问题总结:

1、NSUserDefaults:低内存情况下，系统拷贝内存数据到磁盘，NSUserDefaults组件会在系统低内存时会把内存中的数据进行置换，执行的过程中会加把锁，此时主线程访问NSUserDefaults就会长时间卡顿

2、I/O操作：文件读写，数据库操作

3、系统接口：获取mac地址、切换音频设备

4、锁以及死锁的滥用，操作数据比较频繁的时候使用互斥锁会影响性能，使用自旋锁会好一些

5、排版绘制：sizeWithFont、[EAGLContext setCurrentContext:]

6、GCD并发队列短时间创建大量任务

7、UIWebView初始化，销毁（使用性能更优的WKWebView）

监控卡顿方法的优化:

第一版:

OC入口方法Hook

Hook objc_msgsend、NSNotification、NSTimer、performSelector OC函数入口，在主线程调用所有的OC方法的时候，去把OC方法的耗时调用打印出来

缺点:

1、它提供的信息太少了，只有一个耗时的方法，比如说I/O操作当然会卡，但是没法知道上层是谁调用的

2、只能hook OC的方法，对于C、C++的卡顿是没办法覆盖的

第二版

基于Runloop observer抓栈监控方案

核心思想:在所有runloop的入口和出口都打上一个标记，这样就知道每一个runloop循环的耗时，然后再在一个子线程利用NSTimer定时抓取主线程的堆栈，这样卡顿的时候，我们分析堆栈信息就知道卡在哪里了

缺点:

假设有些耗时的方法，也是通过observer注册到runloop里面去，它的执行顺序又在我们注册的observer之后，这部分的observer发生的耗时操作就监控不到了

最常见的例子就是，UI刷新的回调，系统其实会在每个runloop迭代结束之后呢用observer的方式执行一次UI刷新操作，有些耗时操作发生在UI刷新的回调里面，有可能就监控不到了

第三版

1、基于CADisplayLink回调的抓栈监控方案：主线程监听CADisplayLink屏幕刷新回调，子线程利用CADisplayLink回调抓取堆栈，CADisplayLink是系统提供的刷新的一个回调

2、首先在主线程注册一个CADisplayLink,然后我们就可以知道每一次主线程UI刷新的回调，在创建一个优先级比较高的子线程注册一个CADisplayLink，在这个子线程只做一件事，就是不断的抓取主线程的堆栈，比如说主线程卡顿了1000毫秒，这个子线程就可以抓取60帧的堆栈，就可以去观察每个函数调用的时间

方案优势：

1、屏幕刷新回调，保证所有的卡顿都不会遗漏

2、CADisplayLink硬件事件回调，相比NSTimer更加精准无延时

3、子线程抓取堆栈，抓取效率高

堆栈抓取原理：

在抓取之前把主线程挂起（suspend），挂起之后获取到主线程的FP寄存器，然后回溯，获取到完整的函数返回地址，也就是我们要的主线程堆栈

注意点:

1、内存分配可能引发的死锁，这是因为在抓取之前会挂起主线程，这时候如果主线程正在分配内存，内存分配在底层会有一个锁，如果主线程刚到拿到锁，我们又把它挂起了，就会导致死锁，解决方案就是先分配好内存，保证在子线程回溯的过程中不会有内存分配

2、因为每隔16.7ms就抓取一下所有线程堆栈，对性能的影响会非常大，卡顿一般只抓取主线程，超过5秒抓一次全部线程堆栈

参看资料:https://time.geekbang.org/dailylesson/detail/100032617>