卡顿的原因：
- 复杂UI、图文混排的绘制量过大；
- 在主线程做网络同步请求；
- 在主线程做大量的IO操作；
- 运算量过大，CPU持续高占用；
- 死锁和主子线程抢锁；
RunLoop：
对于iOS开发来说，监控卡顿就是要去找到主线程上都做了那些事。我们都知道，线程的消息事件是依赖于NSRunLoop的，所以从NSRunLoop入手，就可以知道主线程上都调用了哪些方法，我们通过监听NSRunLoop的状态，就能发现调用方法是否执行时间过长，从而判断出是否会出现卡顿。
所以这里推荐的监控卡顿的方案是：通过监控RunLoop的状态来判断是否会出现卡顿。
RunLoop这个对象，在iOS里是由CFRunLoop实现。简单来说，RunLoop是用来监听输入源，进行调度处理的。这里的输入源可以是输入设备、网络、周期性或者延迟时间、异步回调。RunLoop会接受两种类型的输入源：一种是来自另一个线程或者来自不同应用的异步消息；另一种是来自预定时间或者重复间隔的同步事件。
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。所以，了解RunLoop原理不光能够运用到监控卡顿上，还可以提高用户的交互体验。通过将那些繁重而不紧急会大量占用CPU的任务(比如图片加载)，放到空闲的RunLoop模式里执行，就可以避开在UITrackingRunLoopMode这个RunLoop模式时执行。UIUITrackingRunLoopMode是用户进行滚动操作时会切换的RunLoop模式。避免在这个RunLoop模式执行繁重的CPU任务，就能避免影响用户交互操作上的体验。
RunLoop的原理：
第一步
通知observers:Runloop要开始进入loop了。紧接着就进入loop。代码如下：
//通知 observers
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopEntry )
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopEntry);
//进入 loop
result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
第二步
开启一个do while来保活线程。通知Observers:RunLoop会触发Timer回调、Source0回调，接着执行加入block。代码如下：
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Timer 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeTimers)
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeTimers);
// 通知 Observers RunLoop 会触发 Source0 回调
if (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeSources)
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeSources);
// 执行 block
__CFRunLoopDoBlocks(runloop, currentMode);
接下来，触发Sourece0回调，如果有Source1是ready状态的话，就会跳转到handle_msg去处理消息。代码如下：
if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort ) {
Boolean hasMsg = __CFRunLoopServiceMachPort(dispatchPort, &msg)
if (hasMsg) goto handle_msg;
}
第三步
回调触发后，通知到Observers:RunLoop的线程将进入休眠(sleep)状态，代码如下：
Boolean poll = sourceHandledThisLoop || (0ULL == timeout_context->termTSR);
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopBeforeWaiting)) {
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopBeforeWaiting);
}
第四步
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。
等待唤醒的代码如下：
do {
__CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort) {
// 基于 port 的 Source 事件、调用者唤醒
if (modeQueuePort != MACH_PORT_NULL && livePort == modeQueuePort) {
break;
}
// Timer 时间到、RunLoop 超时
if (currentMode->_timerFired) {
break;
}
} while (1);
第五步
唤醒时通知Observer:RunLoop的线程刚刚被唤醒了。代码如下：
if (!poll && (currentMode->_observerMask & kCFRunLoopAfterWaiting))
__CFRunLoopDoObservers(runloop, currentMode, kCFRunLoopAfterWaiting);
第六步
RunLoop被唤醒后就要进行处理消息了：
- 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。
消息执行完后，就执行加到loop里的block。代码如下：
handle_msg:
// 如果 Timer 时间到，就触发 Timer 回调
if (msg-is-timer) {
__CFRunLoopDoTimers(runloop, currentMode, mach_absolute_time())
}
// 如果 dispatch 就执行 block
else if (msg_is_dispatch) {
__CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
}
// Source1 事件的话，就处理这个事件
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
根据当前RunLoop的状态来判断是否需要走下一个loop。当被外部强制停止或loop超时，就不再继续下一个loop了，否则继续走下一个loop。代码如下：
if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
// 事件已处理完
retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
} else if (timeout) {
// 超时
retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
} else if (__CFRunLoopIsStopped(runloop)) {
// 外部调用者强制停止
retVal = kCFRunLoopRunStopped;
} else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(runloop, currentMode)) {
// mode 为空，RunLoop 结束
retVal = kCFRunLoopRunFinished;
}
整个RunLoop的过程，可以总结为如下所示的一张图片。
image
CFRunLoop完整代码：opensource.apple.com/source/CF/C…
RunLoop的六个状态
typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
kCFRunLoopEntry , // 进入 loop
kCFRunLoopBeforeTimers , // 触发 Timer 回调
kCFRunLoopBeforeSources , // 触发 Source0 回调
kCFRunLoopBeforeWaiting , // 等待 mach_port 消息
kCFRunLoopAfterWaiting ), // 接收 mach_port 消息
kCFRunLoopExit , // 退出 loop
kCFRunLoopAllActivities // loop 所有状态改变
}
如果RunLoop的线程，进入睡眠前方法的执行时间过长而导致无法进入睡眠，或者线程唤醒后接受消息时间过长而无法进入下一步的话，就可以认为是线程受阻了。如果这个线程是主线程的话，表现就是出现卡顿。
所以，如果我们要利用RunLoop原理来监控卡顿的话，就要关注这两个阶段。RunLoop在进入睡眠之前和唤醒后的两个loop状态定义的值，分别是kCFRunLoopBeforeSource和kCFRunLoopAfterWaiting，也就是要触发Source0回调和接受mac_port消息两个状态。
如何检查卡顿？
首先需要创建一个CFRunLoopObserverContext观察者，代码如下:
CFRunLoopObserverContext context = {0,(__bridge void*)self,NULL,NULL};
runLoopObserver = CFRunLoopObserverCreate(kCFAllocatorDefault,kCFRunLoopAllActivities,YES,0,&runLoopObserverCallBack,&context);
将创建好的观察者runLoopObserver添加到主线程RunLoop的common模式下观察，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。
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，即可认定为卡顿。
开启子线程监控的代码如下：
//创建子线程监控
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
//子线程开启一个持续的 loop 用来进行监控
while (YES) {
//semaphoreWait 信号等待的时间
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 这两个状态能够检测到是否卡顿
if (runLoopActivity == kCFRunLoopBeforeSources || runLoopActivity == kCFRunLoopAfterWaiting) {
//将堆栈信息上报服务器的代码放到这里
} //end activity
}// end semaphore wait
timeoutCount = 0;
}// end while
});
获取堆栈信息使用PLCrashReporter.
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