使用RunLoop檢測卡頓

卡頓的原因：

復(fù)雜UI私股、圖文混排的繪制量過大；
在主線程做網(wǎng)絡(luò)同步請求冤留；
在主線程做大量的IO操作碧囊；
運算量過大，CPU持續(xù)高占用纤怒；
死鎖和主子線程搶鎖糯而；

RunLoop：

對于iOS開發(fā)來說，監(jiān)控卡頓就是要去找到主線程上都做了那些事肪跋。我們都知道歧蒋，線程的消息事件是依賴于NSRunLoop的，所以從NSRunLoop入手州既，就可以知道主線程上都調(diào)用了哪些方法谜洽，我們通過監(jiān)聽NSRunLoop的狀態(tài)，就能發(fā)現(xiàn)調(diào)用方法是否執(zhí)行時間過長吴叶，從而判斷出是否會出現(xiàn)卡頓阐虚。
所以這里推薦的監(jiān)控卡頓的方案是：通過監(jiān)控RunLoop的狀態(tài)來判斷是否會出現(xiàn)卡頓。
RunLoop這個對象蚌卤，在iOS里是由CFRunLoop實現(xiàn)实束。簡單來說，RunLoop是用來監(jiān)聽輸入源逊彭，進(jìn)行調(diào)度處理的咸灿。這里的輸入源可以是輸入設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)侮叮、周期性或者延遲時間避矢、異步回調(diào)。RunLoop會接受兩種類型的輸入源：一種是來自另一個線程或者來自不同應(yīng)用的異步消息囊榜；另一種是來自預(yù)定時間或者重復(fù)間隔的同步事件审胸。
RunLoop的目的是，當(dāng)有事件要去處理時保持線程忙卸勺，當(dāng)沒有事件要處理時讓線程進(jìn)入休眠砂沛。所以，了解RunLoop原理不光能夠運用到監(jiān)控卡頓上曙求，還可以提高用戶的交互體驗碍庵。通過將那些繁重而不緊急會大量占用CPU的任務(wù)(比如圖片加載)映企，放到空閑的RunLoop模式里執(zhí)行，就可以避開在UITrackingRunLoopMode這個RunLoop模式時執(zhí)行静浴。UIUITrackingRunLoopMode是用戶進(jìn)行滾動操作時會切換的RunLoop模式卑吭。避免在這個RunLoop模式執(zhí)行繁重的CPU任務(wù)，就能避免影響用戶交互操作上的體驗马绝。

RunLoop的原理：

第一步

通知observers:Runloop要開始進(jìn)入loop了。緊接著就進(jìn)入loop挣菲。代碼如下：

//通知 observers
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry ) 
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
//進(jìn)入 loop
result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);

第二步

開啟一個do while來备坏荆活線程。通知Observers:RunLoop會觸發(fā)Timer回調(diào)白胀、Source0回調(diào)椭赋，接著執(zhí)行加入block。代碼如下：

// 通知 Observers RunLoop 會觸發(fā) Timer 回調(diào)
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers)
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
// 通知 Observers RunLoop 會觸發(fā) Source0 回調(diào)
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources)
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
// 執(zhí)行 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);

接下來或杠，觸發(fā)Sourece0回調(diào)，如果有Source1是ready狀態(tài)的話，就會跳轉(zhuǎn)到handle_msg去處理消息肚逸。代碼如下：

if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort ) {
    Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
    if (hasMsg) goto handle_msg;
}

第三步

回調(diào)觸發(fā)后硕淑，通知到Observers:RunLoop的線程將進(jìn)入休眠(sleep)狀態(tài)，代碼如下：

Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) {
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}

第四步

進(jìn)入休眠后挟鸠，會等待mach_port的消息叉信，以再次喚醒。只有在下面四個事件出現(xiàn)才會被再次喚醒：

基于port的Source事件艘希；
Timer時間到硼身；
RunLoop超時；
被調(diào)用者喚醒覆享。

等待喚醒的代碼如下：

do {
    __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
        // 基于 port 的 Source 事件佳遂、調(diào)用者喚醒
        if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {
            break;
        }
        // Timer 時間到、RunLoop 超時
        if (currentMode->_timerFired) {
            break;
        }
} while (1);

第五步

喚醒時通知Observer:RunLoop的線程剛剛被喚醒了撒顿。代碼如下：

if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting))
    __CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);

第六步

RunLoop被喚醒后就要進(jìn)行處理消息了：

如果是Timer時間到的話丑罪，就觸發(fā)Timer的回調(diào)；
如果是dispatch的話核蘸，就執(zhí)行block巍糯；
如果是Source1事件的話，就處理這個事件客扎。

消息執(zhí)行完后祟峦，就執(zhí)行加到loop里的block。代碼如下：

handle_msg:
// 如果 Timer 時間到徙鱼，就觸發(fā) Timer 回調(diào)
if (msg-is-timer) {
    __CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
} 
// 如果 dispatch 就執(zhí)行 block
else if (msg_is_dispatch) {
    __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
} 

// Source1 事件的話宅楞，就處理這個事件
else {
    CFRunLoopSourceRef source1 = __CFRunLoopModeFindSourceForMachPort(runloop, currentMode, livePort);
    sourceHandledThisLoop = __CFRunLoopDoSource1(runloop, currentMode, source1, msg);
    if (sourceHandledThisLoop) {
        mach_msg(reply, MACH_SEND_MSG, reply);
    }
}

第七步

根據(jù)當(dāng)前RunLoop的狀態(tài)來判斷是否需要走下一個loop针姿。當(dāng)被外部強制停止或loop超時，就不再繼續(xù)下一個loop了厌衙，否則繼續(xù)走下一個loop距淫。代碼如下：

if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
     // 事件已處理完
    retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
    // 超時
    retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
    // 外部調(diào)用者強制停止
    retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
    // mode 為空，RunLoop 結(jié)束
    retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}

整個RunLoop的過程婶希，可以總結(jié)為如下所示的一張圖片榕暇。

image

CFRunLoop完整代碼：opensource.apple.com/source/CF/C…

RunLoop的六個狀態(tài)

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry , // 進(jìn)入 loop
    kCFRunLoopBeforeTimers , // 觸發(fā) Timer 回調(diào)
    kCFRunLoopBeforeSources , // 觸發(fā) Source0 回調(diào)
    kCFRunLoopBeforeWaiting , // 等待 mach_port 消息
    kCFRunLoopAfterWaiting ), // 接收 mach_port 消息
    kCFRunLoopExit , // 退出 loop
    kCFRunLoopAllActivities  // loop 所有狀態(tài)改變
}

如果RunLoop的線程，進(jìn)入睡眠前方法的執(zhí)行時間過長而導(dǎo)致無法進(jìn)入睡眠喻杈，或者線程喚醒后接受消息時間過長而無法進(jìn)入下一步的話彤枢，就可以認(rèn)為是線程受阻了筒饰。如果這個線程是主線程的話缴啡，表現(xiàn)就是出現(xiàn)卡頓。

所以瓷们，如果我們要利用RunLoop原理來監(jiān)控卡頓的話业栅，就要關(guān)注這兩個階段。RunLoop在進(jìn)入睡眠之前和喚醒后的兩個loop狀態(tài)定義的值谬晕，分別是kCFRunLoopBeforeSource和kCFRunLoopAfterWaiting碘裕，也就是要觸發(fā)Source0回調(diào)和接受mac_port消息兩個狀態(tài)。

如何檢查卡頓固蚤？

首先需要創(chuàng)建一個CFRunLoopObserverContext觀察者娘汞，代碼如下:

CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
runLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,kCFRunLoopAllActivities,YES,0,&runLoopObserverCallBack,&context);

將創(chuàng)建好的觀察者runLoopObserver添加到主線程RunLoop的common模式下觀察，然后夕玩，創(chuàng)建一個持續(xù)的子線程專門用來監(jiān)控主線程的RunLoop狀態(tài)你弦。

一旦發(fā)現(xiàn)進(jìn)入睡眠前的kCFRunLoopBeforeSources狀態(tài)，或者喚醒后的狀態(tài)kCFRunLoopAfterWaiting燎孟，在設(shè)置的時間閾值內(nèi)一直沒有變化禽作，即可認(rèn)定為卡頓。

開啟子線程監(jiān)控的代碼如下：

//創(chuàng)建子線程監(jiān)控
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
    //子線程開啟一個持續(xù)的 loop 用來進(jìn)行監(jiān)控
    while (YES) {
        //semaphoreWait 信號等待的時間
        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 這兩個狀態(tài)能夠檢測到是否卡頓
            if (runLoopActivity == kCFRunLoopBeforeSources || runLoopActivity == kCFRunLoopAfterWaiting) {
                //將堆棧信息上報服務(wù)器的代碼放到這里
            } //end activity
        }// end semaphore wait
        timeoutCount = 0;
    }// end while
});

獲取堆棧信息使用PLCrashReporter.