[iOS] 线上UI卡顿监控与符号化速度优化

本文参考以下文章，做了一点优化，提升了卡顿监测的准确性，性能，符号化速度等等。
iOS实时卡顿监控，深入理解RunLoop，iOS版微信界面卡顿监测方案，深入剖析 iOS 性能优化，BSBacktraceLogger

UI卡顿检测

通过监测主runloop循环次数来判断是否发送卡顿。

什么是runloop?
runloop就是线程里的一个循环，退出该循环的条件是程序结束，程序什么时候结束自己定，类似MFC中消息循环。

为什么要有runloop？
线程保活，事件分发，线程频繁创建销毁耗资源，不希望线程频繁创建销毁。

怎么监控主runloop循环次数？
runloop循环的过程中会抛通知出来，在异步线程中创建一个runloop观察者监听这些通知即可。

怎么检测UI发生了卡顿？
监控主runloop循环次数，流畅情况下，一般循环60次，对应60帧。
假设认为掉了10帧，人眼能明显感受到卡顿，10 * 16.67 ms 约 166 ms，那么runloop超过166ms没回调通知给我的观察者，判定为卡顿，并且要“非常非常及时”获取下主线程的调用栈，栈顶的方法就是发生卡顿的方法。

看下图：这是网友根据runloop源码画的流程图

起一个线程用信号量卡着，每166ms执行一次，用个变量last记录最后一次runloop抛出来通知，如果发生166ms超时，去看 last 是什么值，如果是 kCFRunLoopBeforeSources 和 kCFRunLoopAfterWaiting，表示自己的代码发生卡顿，因为这两个通知后面处理的是 source0系统代码，source1用户代码，timer代码事件。发生了卡顿就在监控线程将其调用栈获取下来。

另外页面切换速度，FPS帧率，都跟主循环正相关，因为viewDidLoad等等事件都在主线程执行，UI也在主线程绘制。监测了主runloop，这两个指标其实可以不用在监测。

符号化

符号化就是给一个内存地址 0x00001234 找到其符号 -[ViewController viewDidLoad] 的过程，因为mach-o文件中包含了LC_SYMTAB段，该段中包含符号表。
注意，iOS系统做了优化，系统库的符号不在内存中，会提示

符号化参考BSBacktraceLogger所写

改进的地方有：
1.预处理所有image，记录下image中所需要的各个segment基址，image内存地址范围等等，避免每次用个for循环来查找segment基址，预处理后查找基址从 O(N) 降到 O(1)，注意点：image可以动态加载，动态删除，好在iOS中不会删除，只会在APP启动时会逐渐加载，加完后image数量不会变化，如果image数量有变，那么得重新预处理一次。

2.查找一个内存地址 address 在哪一个 image 内，返回该 image 索引
由于有预处理image地址范围，并对地址排了序，qsort()排序，并且image地址不重叠，那么这里查找一个image直接用二分查找，从原来的两个for循环的O(n^2)降到了O(log n)，为什么不用哈希查找是因为地址空间太大，64位下有2^64个地址，大约 16777216T，太大了存不下。

3.加缓存，缓存 (address, symbol) 地址到symbol符号结构体的二元组
使用自己实现的LRU缓存，比NSCache快4倍，文章地址：https://www.jianshu.com/p/1f8e36285539

4.监控线程只获取调用栈，另起一个线程进行符号化，相当于监控线程是生产者，其他线程是消费者，一对一生产消费模型。

优化结果：1000次符号化调用
7个栈：
优化后：50ms，，，优化前：1800ms

70个栈：
优化后：800ms，，，优化前：11800ms

那么除以1000就是一次符号化的时间，大约是 0.05ms 到 0.8ms 之间能获取到全部调用栈，提高了准确性。因为在50ms发生了卡顿，该卡顿可能在51ms消失，调用栈变化十分快，必须要在最短时间内捕捉到调用栈，才能准确，如果要在几毫秒后才捕捉到，那可能就不是发生卡顿的调用栈了，导致结果不准。

优化后的代码暂时未贴出，以后会考虑开源的。

线上UI卡顿监控结果

UI卡顿监控SDK终于上线了，灰度范围5万个用户，线上 0 崩溃。
后台已捕捉到几千处方法卡顿和卡顿调用栈（卡顿定义：UI线程超过500ms没响应判定为卡顿）
卡顿主要原因是：有代码在主线程同步请求网络，主线程读写数据库，写文件，加锁，做数据解析，数据计算等等。
修复完这些卡顿，APP流畅性将得到提升，用户体验提升。

监控SDK本身的性能消耗：（iPhone 6s, iOS 9.2 测得）
SDK启动时间：0.05 ms
SDK启动后：CPU 接近 0%，内存大约几十kb
包体积：72 kb
磁盘使用：3 kb，（一次启动数据上报流量 2 kb）
常驻线程：启动一分钟内有3个，收集完数据后，常驻线程仅1个，CPU 接近 0%

另外我还一个业务型的SDK在月活1.1亿的APP上，崩溃数只有11个。