iOS 应用性能数据采集原理和优化实践 | 详细版
云智慧集团成立于 2009 年，是全栈智能业务运维解决方案服务商。经过多年自主研发，公司形成了从 IT 运维、电力运维到 IoT 运维的产业布局，覆盖 ITOM、ITOA、ITSM、DevOps 以及 IoT 几大领域，为金融、政府、运营商、能源、交通、制造等上百家行业的客户，提供了数字化运维体系建设及全生命周期运维管理解决方案。云智慧秉承 Make Digital Online 的使命，致力于通过先进的产品技术，为企业数字化转型和提升 IT 运营效率持续赋能。
作者简介
刘徐兵（Alvin Liu），云智慧/开发经理。曾在高德、当当有多年大型 App 开发经验，在云智慧从事 APM SDK 研发工作 5+年。对 App 开发和性能优化有深入的研究和实践。
iOS 应用数据采集的基础 Objective-C Runtime
1、消息转发
Objective-C 语言扩展了 C 语言，扩展的核心在于引入了 Runtime 库，使 Objective-C 语言拥有了面向对象和动态运行时的特性。而动态运行时机制的核心和表现是消息转发机制。
Objective-C 语言拥有动态运行时的机制，方法的执行是在运行阶段决定的而不是在编译阶段决定的。而方法执行的实质是向对象发送了一个消息，官方 API 为
objc_msgSend 有 2 个常用参数：id self 和 SEL op，用于标识对象和方法，即向某个对象发送了某个消息。因此 Objective-C 的[instance method]调用会被编译器转换成 C 语言 API objc_msgSend 的调用。
以下消息转发机制原理图从官方文档翻译而来：
消息转发机制示例图
如上图所示，Objective-C 的消息转发流程中，在当前对象方法列表中找不到方法的实现时，运行时环境会依次进行三个阶段的查找
第一阶段
对象在收到无法处理的消息时，首先调用所属类的下列类方法。
如果在其中找到了方法的实现，则进行消息处理；否则就进入第二阶段。
第二阶段
在当前类里找不到该方法的实现时，运行时系统尝试更换调用的对象，会调用如下方法
如果在该方法中还找不到方法的实现，就进入第三阶段。
第三阶段
到这里是最后一个阶段，通过创建 NSInvocation 实例，将与未处理的消息有关的细节封装起来，运行时系统调用的接口为
该方法会沿着类的继承链一直往上调用，直至在 NSObject 的该方法中抛出 doesNotRecognizeSelector:异常。
2、函数指针
SEL 是 Objective-C 语言的方法选择器，也就是 selector 的指针。再往底层去，每个方法 SEL 还对应着一个 IMP 函数指针，指向方法实现的首地址。官方 API 为：
有了它就可以直接执行 IMP 指向的函数（方法）了。
以上介绍了理论基础，下面介绍下基于 Objective-C 语言动态运行时的方法拦截（Hook）操作。
Hook 原理
Hook 步骤
使用 Category 特性往类中添加用于拦截的方法 SEL
使用系统 runtime 的接口（Swizzle）交换方法实现体（IMP）
Hook 使用示例图
如图所示，开发者调用原有方法时，会转发到拦截的方法里，因交换了原方法与拦截方法的入口地址（IMP），在拦截方法执行结束时能调回原方法，对原有业务没有影响。
Hook 回调函数
难点：不是类的实例方式，不能用 Category 特性。
优化前：全工程扫描，再拦截。
缺点：只能在主线程中操作，扫描文件数和消耗的时间与 App 的规模大小成正比。
回调函数拦截优化
步骤：
针对要使用 protocol 的系统类使用 Category 特性添加拦截方法
拦截设置 delegate 的 setter 方法，获取到 delegate 的实例
针对获取到的 delegate 实例再进行回调方法拦截
优化后
1、延迟拦截：在方法被调用时才被拦截而且只拦截一次
2、SDK 的启动操作跟 App 的业务和规模无关，对 App 的影响降到最低
崩溃解码实践
目的：了解 iOS 崩溃解码原理
崩溃解码步骤
虚拟内存偏移量：145624-＞0x238d8-＞0x00000001000238d8
使用 dwarfdump 命令，将 dSYM 文件解析成可读文件
dwarfdum-e--debug-info 包含全部类和方法的代码和地址映射信息-＞信息文件
dwarfdum-e--debug-line 包含全部类的代码行号和地址映射信息-＞行号文件
在信息文件中查找偏移量所在的类和方法，得到崩溃的类和对应的方法
在行号文件中查找偏移量所在的行号，得到具体的崩溃行号
虚拟内存偏移量：
0x00000001000238d8
dSYM 文件解析命令
symbolicatecrash-＞全文本解析
atos（mac)/atosl(linux)-＞单行解析
H5 页面监控原理
以上介绍了系统原生接口的数据采集原理，下面介绍下 H5 页面数据采集实现原理。
H5 页面数据采集通过自动往 H5 页面注入 JS 代码实现。流程如下图所示
H5 页面注入 JS 代码示意图
如上图所示，在 UIWebView 时代，通过 NSURLProtocol 协议簇的接口，拦截到加载页面数据的接口，获取到 H5 数据块，检测数据块中的<head>标签，将 JS 代码注入到<head>中。这样 JS 代码就和 H5 页面代码一起加载、工作，能够采集到 H5 页面的相关信息。JS 代码采集到信息后，通过 iframe 的方式触发 UIWebView 的回调将信息发送给原生 SDK 端存储、上报。
在 WKWebView 时代，由于 WKWebView 是单独的进程，在 App 里从系统的网络协议簇无法获取到 WKWebView 的数据，可通过拦截 WKWebView 的回调函数去执行 JS 代码，能起到与 UIWebView 同样的数据采集效果。这里不再赘述。
PS：JS 代码的工作原理是另一个技术领域的范畴，不在这里赘述。
写在最后
近年来，在 AIOps 领域快速发展的背景下，IT 工具、平台能力、解决方案、AI 场景及可用数据集的迫切需求在各行业迸发。基于此，云智慧在 2021 年 8 月发布了 AIOps 社区，旨在树起一面开源旗帜，为各行业客户、用户、研究者和开发者们构建活跃的用户及开发者社区，共同贡献及解决行业难题、促进该领域技术发展。
社区先后开源了数据可视化编排平台-FlyFish、运维管理平台 OMP、云服务管理平台-摩尔平台、Hours 算法等产品。
项目介绍：https://www.cloudwise.ai/flyFish.html
Github 地址： https://github.com/CloudWise-OpenSource/FlyFish
Gitee 地址： https://gitee.com/CloudWise/fly-fish
请您通过下方链接了解我们，添加小助手微信（xiaoyuerwie），备注：飞鱼。申请加入开发者交流群，可与业内大咖进行 1V1 交流！
也可通过下方微信获取 AIOps 资讯，了解云智慧开源社区其他项目开源情况！
全栈智能业务运维服务商 2021.03.10 加入
我们秉承Make Digital Online的使命，致力于通过先进的产品技术，为企业数字化转型和提升IT运营效率持续赋能。 https://www.cloudwise.com/
评论