背景

iOS 系统及其应用以丝般顺滑闻名,界面的顺滑程度对于用户体验至关重要,因此需要针对性地对流程度进行优化。在优化之前必须要找到问题所在,那么就需要解决这两个问题:卡顿的原因是什么?哪里出现了卡顿?

卡顿原因

YYKit 作者 ibireme 写了一篇很好的文章来解释卡顿问题及解决方法,其中写到卡顿的原因是:

在 VSync 信号到来后,系统图形服务会通过 CADisplayLink 等机制通知 App,App 主线程开始在 CPU 中计算显示内容,比如视图的创建、布局计算、图片解码、文本绘制等。随后 CPU 会将计算好的内容提交到 GPU 去,由 GPU 进行变换、合成、渲染。随后 GPU 会把渲染结果提交到帧缓冲区去,等待下一次 VSync 信号到来时显示到屏幕上。由于垂直同步的机制,如果在一个 VSync 时间内,CPU 或者 GPU 没有完成内容提交,则那一帧就会被丢弃,等待下一次机会再显示,而这时显示屏会保留之前的内容不变。这就是界面卡顿的原因。

简而言之就是 CPU 和 GPU 的工作量太大,无法在理想的时间内完成。相应的优化策略文章里也写得很清楚。

卡顿监控常见方案

  • FPS 监控:通过 CADisplayLink 来获取每一帧的耗时,进而计算出 FPS。

  • 通过开辟一个子线程监听 runLoop 状态变化来计算停留在各个状态的时间,当 runloop 处于 kCFRunLoopBeforeSourceskCFRunLoopBeforeWaiting 之间的时间过长就可以断定发生了卡顿。

但常见的 FPS 监控存在一些问题。

FPS 监控优化

当界面处于静止状态时,其 PFS 一般都会接近 60,卡顿一般都发生在界面发生滚动时。为了避免界面发生滚动时 FPS 的数据被静止时的数据平均掉,我们需要监听界面的滚动状态。

iOS 的 UIScrollViewDelegate 有三个方法可以做到:

  1. - (void)scrollViewWillBeginDragging:(UIScrollView *)scrollView; // 用户开始拖动
  2. - (void)scrollViewDidEndDragging:(UIScrollView *)scrollView willDecelerate:(BOOL)decelerate; // 拖动结束
  3. - (void)scrollViewDidEndDecelerating:(UIScrollView *)scrollView; // 滑动结束

我们只需要 swizzle 这三个方法就可以排除界面静止时的数据。

Swizzling

因为我们要 siwzzle 的是 delegate,跟常见的 swizzle 方法有些不同:

  • 我们并不知道 delegate 的类型。

  • delegate 可能没有实现上面三个方法。

针对一个问题,我们可以直接 hook setDelegate 方法,在 setDelegate 方法内部再 hook UIScrollViewDelegate 的三个方法:

  1. + (void)load {
  2. [self sm_swizzleMethod:@selector(setDelegate:) withMethod:@selector(hmfps_setDelegate:)];
  3. }
  4. - (void)hmfps_setDelegate:(id<UIScrollViewDelegate>)delegate {
  5. NSLog(@"[HMFluencyMonitor] Hook %@", [self class]);
  6. [self hmfps_hookDelegate:delegate];
  7. [self hmfps_setDelegate:delegate];
  8. }

但是这样做的好处是可以实现无痕监控,各个页面代码不需要做任何修改;风险是 app 里面的所有 UIScrollView 都会被 hook,包括嵌套的 UIScrollView,范围会比较广,一来 hook 了不需要 hook 的类,二来 crash 风险比较大,也可以提供方法让各个页面自行调用 hook。

  1. - (BOOL)hmfps_shouldSwizzleDelegate:(id _Nonnull)delegate {
  2. if ([delegate isProxy]) {
  3. return NO;
  4. }
  5. if ([self isKindOfClass:[UITextView class]]) {
  6. return NO;
  7. }
  8. return YES;
  9. }

对于第二个问题,delegate 可能并没有实现我们要 hook 的三个方法,因此需要为他们增加一个默认的实现,内容是什么都不干。最终的代码如下:

  1. - (void)hmfps_doNothing:(id)nothing {
  2. // Do nothing
  3. }
  4. + (void)hmfps_swizzleMethod:(SEL)originalSelector withMethod:(SEL)swizzledSelector forClass:(Class)originalClass{
  5. Method testMethod = class_getInstanceMethod(originalClass, swizzledSelector);
  6. if (testMethod) {
  7. return;
  8. }
  9. Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod([self class], swizzledSelector);
  10. Method dummyMethod = class_getInstanceMethod([self class], @selector(hmfps_doNothing:));
  11. class_addMethod(originalClass,
  12. originalSelector,
  13. method_getImplementation(dummyMethod),
  14. method_getTypeEncoding(dummyMethod));
  15. class_addMethod(originalClass,
  16. swizzledSelector,
  17. method_getImplementation(swizzledMethod),
  18. method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
  19. Method originalMethod = class_getInstanceMethod(originalClass, originalSelector);
  20. swizzledMethod = class_getInstanceMethod(originalClass, swizzledSelector);
  21. method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
  22. }

还有另外一个问题,如果项目里面使用了 BlockKit 的 A2DynamicDelegate,hook 时会发生 crash,真正使用时要进行排除,猜测是因为 A2DynamicDelegate 的基类是 NSProxy 而不是 NSObject。这里需要业务方自行实现三个 delegate 方法。

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