性能监控：Xcode 自带 Instruments工具

目录

1、Instruments功能

2、线上性能监控

            2-1、CPU 使用率的线上监控方法   

            2-2、FPS 线上监控方法

            2-3、内存使用量的线上监控方法

3、开发一款自定义 Instruments 工具

4、总结：

1、Instruments功能 ：为了能够主动、高效地发现性能问题，避免 App 质量进入无人监管的失控状态，我们就需要对 App 的性能进行监控。目前，对 App 的性能监控，主要是从线下和线上两个维度展开。

1、最新版本的 Instruments 10 还有以下两大优势：Instruments 基于 os_signpost 架构，可以支持所有平台。Instruments 由于标准界面（Standard UI）和分析核心（Analysis Core）技术，使得我们可以非常方便地进行自定义性能监测工具的开发。当你想要给 Instruments 内置的工具换个交互界面，或者新创建一个工具的时候，都可以通过自定义工具这个功能来实现。

2、苹果公司在 WWDC 2018 Session 410 链接 Creating Custom Instruments 里提供了一个范例：通过 os_signpost API 将图片下载的数据提供给 Analysis Core 进行监控观察。这个示例在 App 的代码如下所示：

Instruments 的各种性能检测工具

2、线上性能监控

1、监控代码不要侵入到业务代码中；

2、采用性能消耗最小的监控方案。

线上性能监控，主要集中在 【CPU 使用率、FPS 的帧率 和 内存】 这三个方面。接下来，我们就分别从这三个方面展开讨论吧。

2-1、CPU 使用率的线上监控方法   App 作为进程运行起来后会有多个线程，每个线程对 CPU 的使用率不同。各个线程对 CPU 使用率的总和，就是当前 App 对 CPU 的使用率。明白了这一点以后，我们也就摸清楚了对 CPU 使用率进行线上监控的思路。

在 iOS 系统中，你可以在 usr/include/mach/thread_info.h 里看到线程基本信息的结构体，其中的 cpu_usage 就是 CPU 使用率。结构体的完整代码如下所示：

因为每个线程都会有这个 thread_basic_info 结构体，所以接下来的事情就好办了，你只需要定时（比如，将定时间隔设置为 2s）去遍历每个线程，累加每个线程的 cpu_usage 字段的值，就能够得到当前 App 所在进程的 CPU 使用率了。实现代码如下：

在下面这段代码中，task_threads 方法能够取到当前进程中的线程总数 threadCount 和所有线程的数组 threads。

接下来，我们就可以通过遍历这个数组来获取单个线程的基本信息。其中，线程基本信息的结构体是 thread_basic_info_t，这个结构体里就包含了我们需要的 CPU 使用率的字段 cpu_usage。

然后，我们累加这个字段就能够获取到当前的整体 CPU 使用率。到此，我们就实现了对 CPU 使用率的线上监控。

计算CPU使用率

2-2、FPS 线上监控方法

FPS 是指图像连续在显示设备上出现的频率。FPS 低，表示 App 不够流畅，还需要进行优化。但是，和前面对 CPU 使用率和内存使用量的监控不同，iOS 系统中没有一个专门的结构体，用来记录与 FPS 相关的数据。但是，对 FPS 的监控也可以比较简单的实现：通过注册 CADisplayLink 得到屏幕的同步刷新率，记录每次刷新时间，然后就可以得到 FPS。具体的实现代码如下：

FPS 线上监控方法

2-3、内存使用量的线上监控方法

通常情况下，我们在获取 iOS 应用内存使用量时，都是使用 task_basic_info 里的 resident_size 字段信息。但是，我们发现这样获得的内存使用量和 Instruments 里看到的相差很大。后来，在 2018 WWDC Session 416 iOS Memory Deep Dive 链接 中，苹果公司介绍说 phys_footprint 才是实际使用的物理内存。

内存信息存在 task_info.h （完整路径 usr/include/mach/task.info.h）文件的 task_vm_info 结构体中，其中 phys_footprint 就是物理内存的使用，而不是驻留内存 resident_size。结构体里和内存相关的代码如下：

内存信息结构

OK，类似于对 CPU 使用率的监控，我们只要从这个结构体里取出 phys_footprint 字段的值，就能够监控到实际物理内存的使用情况了。具体实现代码如下：

使用内存计算方法

3、开发一款自定义 Instruments 工具

主要包括以下这几个步骤：

1> 在 Xcode 中，点击 File > New > Project；

2> 在弹出的 Project 模板选择界面，将其设置为 macOS；

3>选择 Instruments Package，点击后即可开始自定义工具的开发了。如下图所示。

项目中添加该扩展

经过上面的三步之后，会在新创建的工程里面生成一个.instrpkg 文件，接下来的开发过程主要就是对这个文件的配置工作了。这些配置工作中最主要的是要完成 Standard UI 和 Analysis Core 的配置。

上面这些内容，就是你在开发一个自定义 Instruments 工具时，需要完成的编码工作了。可以看到，Instruments 10 版本的自定义工具开发还是比较简单的。与此同时，苹果公司还提供了大量的代码片段，帮助你进行个性化的配置。你可以点击这个链接，查看官方指南中的详细教程。

Analysis Core 收集和处理数据的过程，可以大致分为以下这三步：

1>处理我们配置好的各种数据表，并申请存储空间 store；

2> store 去找数据提供者，如果不能直接找到，就会通过 Modeler 接收其他 store 的输入信号进行合成；

3> store 获得数据源后，会进行 Binding Solution 工作来优化数据处理过程。

这里需要强调的是，在我们通过 store 找到的这些数据提供者中，对开发者来说最重要的就是 os_signpost。os_signpost 的主要作用，是让你可以在程序中通过编写代码来获取数据。你可以在工程中的任何地方通过 os_signpost API ，将需要的数据提供给 Analysis Core。

苹果公司在 WWDC 2018 Session 410 Creating Custom Instruments 链接 里提供了一个范例：通过 os_signpost API 将图片下载的数据提供给 Analysis Core 进行监控观察。这个示例在 App 的代码如下所示：需要注意的是，上面代码中，os_signpost 的 begin 和 end 需要成对出现。

4、总结：

作为一名 iOS 开发者，与其一起开始到处去寻找各种解决方案，不如先摸透苹果公司自己的库和工具，这里面的设计思想和演进包含有大量可以吸取和学习的知识。掌握好了这些知识，你也就能够开发出适合自己团队的工具了。所以没有在这篇文章中和你介绍第三方线上性能监控工具的原因。