監(jiān)控所有的OC方法耗時(shí)

前言

我的博客

看了戴銘大神App 啟動(dòng)優(yōu)化與監(jiān)控
，受益良多。我運(yùn)用其中的hook objc_msgSend思想，寫(xiě)一個(gè)監(jiān)控App里所有耗時(shí)的OC方法，以便以后開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能時(shí)刻監(jiān)控App耗時(shí)性能問(wèn)題。本文主要包含兩方面：1、高性能hook objc_msgSend（我看了許多hook objc_msgSend，發(fā)現(xiàn)都沒(méi)把性能做到極致。）；2、把耗時(shí)OC方法的調(diào)用堆棧打印出來(lái)。

閱讀建議

如果對(duì)arm64和iOS ABI，還不是很了解，請(qǐng)看我前兩篇文章。

源碼

點(diǎn)擊這里請(qǐng)?jiān)趃ithub上下載。

效果圖

用法

把文件夾里的代碼放到項(xiàng)目里，運(yùn)行App時(shí)，搖一搖手機(jī)，就可以看到所有的OC方法耗時(shí)堆棧。

適用機(jī)型 （arm64的機(jī)型）

由于現(xiàn)在手機(jī)基本都是iPhone5s和更新的iPhone手機(jī)；而且性能問(wèn)題本來(lái)就需要在真機(jī)上測(cè)試。因此只支持iPhone5s及更新的真機(jī)（arm64的iPad也適用），不適用模擬器，

高性能hook objc_msgSend

源碼

__attribute__((__naked__))
static void fake_objc_msgSend_safe()
{
    // backup registers
    __asm__ volatile(
                     "str x8,  [sp, #-16]!\n"  //arm64標(biāo)準(zhǔn)：sp % 16 必須等于0
                     "stp x6, x7, [sp, #-16]!\n"
                     "stp x4, x5, [sp, #-16]!\n"
                     "stp x2, x3, [sp, #-16]!\n"
                     "stp x0, x1, [sp, #-16]!\n"
                     );
    // prepare args and call func
    __asm volatile (
                    /*
                     hook_objc_msgSend_before(id self, SEL sel, uintptr_t lr)
                     x0=self  x1=sel x2=lr
                     */
                    "mov x2, lr\n"
                    "bl _hook_objc_msgSend_before"
                    );
    
    // restore registers
    __asm volatile (
                    "ldp x0, x1, [sp], #16\n"
                    "ldp x2, x3, [sp], #16\n"
                    "ldp x4, x5, [sp], #16\n"
                    "ldp x6, x7, [sp], #16\n"
                    "ldr x8,  [sp], #16\n"
                    );
    
    call(blr, orgin_objc_msgSend)

    // backup registers
    __asm__ volatile(
                     "str x8,  [sp, #-16]!\n"  //arm64標(biāo)準(zhǔn)：sp % 16 必須等于0
                     "stp x6, x7, [sp, #-16]!\n"
                     "stp x4, x5, [sp, #-16]!\n"
                     "stp x2, x3, [sp, #-16]!\n"
                     "stp x0, x1, [sp, #-16]!\n"
                     );
    
    __asm volatile (
                    "bl _hook_objc_msgSend_after"
                    );
    
    __asm volatile (
                    "mov lr, x0\n"
                    );
    
    // restore registers
    __asm volatile (
                    "ldp x0, x1, [sp], #16\n"
                    "ldp x2, x3, [sp], #16\n"
                    "ldp x4, x5, [sp], #16\n"
                    "ldp x6, x7, [sp], #16\n"
                    "ldr x8,  [sp], #16\n"
                    );

    __asm volatile ("ret");
}

hook基本步驟

  1. 保存寄存器。
  2. 調(diào)用hook_objc_msgSend_before （保存lr和記錄函數(shù)調(diào)用開(kāi)始時(shí)間）
  3. 恢復(fù)寄存器。
  4. 調(diào)用objc_msgSend
  5. 保存寄存器。
  6. 調(diào)用hook_objc_msgSend_after （返回lr和函數(shù)結(jié)束時(shí)間減去開(kāi)始時(shí)間，得到函數(shù)耗時(shí)）
  7. 恢復(fù)寄存器。
  8. ret。

為什么要用stack保存LR

  1. hook objc_msgSend里面調(diào)用了hook_objc_msgSend_before和hook_objc_msgSend_after函數(shù)，會(huì)覆蓋LR寄存器，導(dǎo)致函數(shù)ret時(shí)候，不知道LR值，所以需要保存LR。
  2. objc_msgSend是可變參數(shù)函數(shù)，棧內(nèi)存可能用到。所以也不能放棧內(nèi)存里，只有構(gòu)造一個(gè)stack。可保證函數(shù)的push和pop是一一對(duì)應(yīng)的。
  3. 需要注意的是，保存LR的stack，每個(gè)線(xiàn)程都對(duì)應(yīng)一個(gè)stack。（原因也是為了保證函數(shù)的push和pop是一一對(duì)應(yīng)），所以引入了線(xiàn)程局部變量，pthread_setspecific(pthread_key_t , const void * _Nullable)和pthread_getspecific(pthread_key_t)函數(shù)，根據(jù)key，來(lái)設(shè)置和獲取線(xiàn)程局部變量。

保存寄存器注意點(diǎn)

只需保存x0-x8，因?yàn)檎{(diào)用hook_objc_msgSend_before和hook_objc_msgSend_after，調(diào)用過(guò)程中可能會(huì)修改到這些寄存器。浮點(diǎn)數(shù)寄存器這兩函數(shù)不會(huì)用到，不需要保存；x9等臨時(shí)寄存器，不需要保存。

調(diào)用hook_objc_msgSend_before

由于函數(shù)hook_objc_msgSend_before(id self, SEL sel, uintptr_t lr)，有三個(gè)參數(shù)，其中x0和x1已經(jīng)存放self和SEL了，只需要設(shè)置第三個(gè)參數(shù)x2=lr。

調(diào)用hook_objc_msgSend_after

hook_objc_msgSend_after返回值是lr，返回值此時(shí)存放在x0里，所以lr=x0。

hook性能優(yōu)化

  1. 由于App卡頓，絕大部分都是因?yàn)橹骶€(xiàn)程卡頓造成，所以我們只需要監(jiān)控主線(xiàn)程里運(yùn)行的所有OC方法。但是hook objc_msgSend是hook所有的OC方法。網(wǎng)上很多hook方法都是把記錄函數(shù)調(diào)用和保存LR放在一個(gè)stack里，最終調(diào)用hook_objc_msgSend_after時(shí)候，也只會(huì)統(tǒng)計(jì)主線(xiàn)程的耗時(shí)情況。

我用兩個(gè)stack，一個(gè)專(zhuān)門(mén)存放LR值；另一個(gè)記錄函數(shù)調(diào)用。避免子線(xiàn)程中OC方法的調(diào)用記錄。

void hook_objc_msgSend_before(id self, SEL sel, uintptr_t lr)
{
    if (CallRecordEnable && pthread_main_np()) {
        //僅僅主線(xiàn)程記錄函數(shù)調(diào)用
        pushCallRecord(object_getClass(self), sel);
    }
    //存放LR值
    setLRRegisterValue(lr);
}
  1. 支持設(shè)置記錄的最大深度和最小耗時(shí)；超過(guò)這個(gè)深度和小于最小耗時(shí)的函數(shù)不記錄。

記錄OC方法耗時(shí)，需要記錄的信息

typedef struct {
    Class cls;   //通過(guò)類(lèi)可知道類(lèi)名和方法是類(lèi)方法還是實(shí)例方法（類(lèi)是元類(lèi)，說(shuō)明是類(lèi)方法）
    SEL sel;  //可知道方法名
    uint64_t costTime; //單位：納秒（百萬(wàn)分之一秒）
    int depth;  
} TPCallRecord;
  1. x0中是self，通過(guò)self可以獲得Class。
  2. x1中是sel
  3. 通過(guò)函數(shù)開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，可以獲得耗時(shí)
  4. 通過(guò)記錄棧的深度，獲得函數(shù)的深度。（注意：這里的深度是相對(duì)深度，因?yàn)槲覀儍H記錄部分OC方法的耗時(shí)）

把耗時(shí)OC方法的調(diào)用堆棧打印出來(lái)

獲取的函數(shù)記錄部分打印出來(lái)如下：

 深度      耗時(shí)            方法名
　4　|　6.361ms　|　　　　　+[Utility　　isPbPackage]
　3　|　6.782ms　|　　　　-[SharedLib　　implIsJailBrokenIPA]
　2　|　  6.8ms　|　　　-[SharedLib　　isJailBrokenIPA]
　1　|　7.765ms　|　　+[OnlineSettingHelper　　sharedInstance]
　2　|　2.143ms　|　　　-[OnlineSettingHelper4AppStore　　all]
　1　|　2.527ms　|　　-[OnlineSettingHelper4AppStore　　defaultUserAgent4SDWebImage]
　1　|　1.264ms　|　　+[SDWebImageManager　　sharedManager]
　0　|　11.56ms　|　-[AppDelegate　　setUAForSDWebImageView]
　.....

由于函數(shù)調(diào)用的棧是先進(jìn)后出，根函數(shù)肯定是最后被記錄，葉子函數(shù)最先被記錄；并且同一層的函數(shù)，是先進(jìn)先出。那我們?nèi)绾芜€原成人更容易理解的函數(shù)調(diào)用堆棧呢？

  1. 第一步，從上往下，標(biāo)記這個(gè)深度的記錄，出現(xiàn)的次數(shù)。
深度 相同深度出現(xiàn)次數(shù) 耗時(shí) 方法名
4 1 ... +[Utility　　isPbPackage]
3 1 ... -[SharedLib　　implIsJailBrokenIPA]
2 1 ... -[SharedLib　　isJailBrokenIPA]
1 1 ... +[OnlineSettingHelper　　sharedInstance]
2 2 ... -[OnlineSettingHelper4AppStore　　all]
1 2 ... -[OnlineSettingHelper4AppStore　　default...
1 3 ... +[SDWebImageManager　　sharedManager]
0 1 ... -[AppDelegate　　setUAForSDWebImageView]
  1. 第二步，從下往上，從根函數(shù)開(kāi)始，深度遞增，出現(xiàn)次數(shù)相同的記錄，挑選出來(lái)。得到：
 深度      耗時(shí)            方法名
  0　|　11.56ms　|　-[AppDelegate　　setUAForSDWebImageView]
  1　|　7.765ms　|　　+[OnlineSettingHelper　　sharedInstance]
  2　|　  6.8ms　|　　　-[SharedLib　　isJailBrokenIPA]
  3　|　6.782ms　|　　　　-[SharedLib　　implIsJailBrokenIPA]
　4　|　6.361ms　|　　　　　+[Utility　　isPbPackage]
　.....
  1. 第三步，從最上面一個(gè)沒(méi)有挑選的記錄區(qū)域（挑選的記錄，把整個(gè)記錄分割成多個(gè)未選擇的區(qū)域。），遞歸第二步。這個(gè)例子比較特殊，只有剩下一個(gè)未選擇的區(qū)域（如果中間被選擇了，那就分成多個(gè)區(qū)域）如下：
 深度      耗時(shí)            方法名
　2　|　2.143ms　|　　　-[OnlineSettingHelper4AppStore　　all]
　1　|　2.527ms　|　　-[OnlineSettingHelper4AppStore　　defaultUserAgent4SDWebImage]
　1　|　1.264ms　|　　+[SDWebImageManager　　sharedManager]
　.....

得到：

 深度      耗時(shí)            方法名
  0　|　11.56ms　|　-[AppDelegate　　setUAForSDWebImageView]
  1　|　7.765ms　|　　+[OnlineSettingHelper　　sharedInstance]
  2　|　  6.8ms　|　　　-[SharedLib　　isJailBrokenIPA]
  3　|　6.782ms　|　　　　-[SharedLib　　implIsJailBrokenIPA]
　4　|　6.361ms　|　　　　　+[Utility　　isPbPackage]
　1　|　2.527ms　|　　-[OnlineSettingHelper4AppStore　　defaultUserAgent4SDWebImage]
　2　|　2.143ms　|　　　-[OnlineSettingHelper4AppStore　　all]
　1　|　1.264ms　|　　+[SDWebImageManager　　sharedManager]
　.....

結(jié)束語(yǔ)

這個(gè)工具我后面將持續(xù)更新，加入其它功能，更加方便開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用。假如它對(duì)你有益，不妨github上給個(gè)star~

引用和參考

  1. https://time.geekbang.org/column/article/85331
  2. https://github.com/facebook/fishhook

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