移动端监控体系之技术原理剖析

在这样一个注重用户体验的时代，APM 技术快速发展，国内更是百花齐放，最近对各个公司的 APM 产品有一个调研，并在此基础上进行了本身的实践。这里就从 iOS 的角度出发，谈谈本身对移动端 APM 的技术上的理解，并提供相对应的实例。

何为 APM

APM 的全称是Application performance management，即应用性能管理，经过对应用的可靠性、稳定性等方面的监控，进而达到能够快速修复问题、提升用户体验的目的。

国内各大公司都有本身的一套监控体系，这个系统多是本身研发，也多是第三方提供，固然对于这个数据为王的时代，不少有实力的公司倾向于自主研发，掌握核心数据。比较有表明性的 APM 产品有：听云、阿里百川、腾讯 bugly、NewRelic、OneAPM、网易云捕等

说到监控，那么指标是咱们所关注的呢？以下所示

• 网络请求：成功率、状态码、流量、网络响应时间、HTTP与HTTPS的 DNS 解析、TCP握手、SSL握手（HTTP除外）、首包时间等时间
• 界面卡顿、卡顿堆栈
• 崩溃率、崩溃堆栈
• Abort 率：也就是因为内存太高的等缘由，被系统杀死的状况
• 交互监控：页面加载时间、页面的交互痕迹
• 维度信息：地域、运营商、网络接入方式、操做系统、应用版本等
• 其余：内存、帧率、CPU使用率、启动时间、电量等

聊聊原理

卡顿检测

当应用发生卡顿的时候，通常会伴随着掉帧，因此帧率是最容易想到的指标来判断卡顿。对于线下的测试环境，咱们可使用帧率来对开发作一些提示，告诉他们可能发生了卡顿。可是帧率不稳定性较高，因此通常会采起另外一种方式来作卡顿检测。那就是Runloop，对于细节能够查看 Runloop 源码，会发现对于事件的处理主要就是在kCFRunLoopBeforeSources和kCFRunLoopBeforeWaiting状态之间,还有kCFRunLoopAfterWaiting以后。那咱们就能够对两个状态进行监控，若是消耗时间过久，就表明着卡顿的发生。

上图摘自阿里百川，如图所示，咱们会对卡顿次数作一个判断，若是次数为1，但时间超时，则为单次耗时较长的卡顿，若是次数到达阀值，则证实是连续短期卡顿。

当卡顿发生以后，咱们为了定位，会收集当时的一个堆栈状况，在此你可使用 PLCrashReporter 来作，也能够本身研发一个堆栈收集库（可参考这里来作）

对于实例，网上已经有不少开源的项目，你能够参考这个

崩溃检测

对于崩溃的状况，通常是由 Mach异常或 Objective-C 异常（NSException）引发的。咱们能够针对这两种状况抓取对应的 Crash 事件。

Mach 异常捕获

若是想要作mach 异常捕获，须要注册一个异常端口，这个异常端口会对当前任务的全部线程有效，若是想要针对单个线程，能够经过 thread_set_exception_ports注册本身的异常端口，发生异常时，首先会将异常抛给线程的异常端口，而后尝试抛给任务的异常端口，当咱们捕获异常时，就能够作一些本身的工做，好比，当前堆栈收集等。

对于如何注册一个异常端口，这里有示意图和 PLCrashReporter 能够参考

Unix 信号捕获

对于Mach 异常，操做系统会将其转换为对应的 Unix信号，因此若是你对Mach不熟悉的话，也能够经过注册signalHandler的方式来作信号异常。对于实例，你能够参考这里

signal(SIGHUP, signalHandler);
signal(SIGINT, signalHandler);
signal(SIGQUIT, signalHandler);
   
signal(SIGABRT, signalHandler);
signal(SIGILL, signalHandler);
signal(SIGSEGV, signalHandler);
signal(SIGFPE, signalHandler);
signal(SIGBUS, signalHandler);
signal(SIGPIPE, signalHandler);
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NSException 捕获

对于NSException异常，也比较容易处理，经过注册NSUncaughtExceptionHandler捕获异常信息便可，将拿到的NSException细节写入Crash日志，上传到后台作数据分析

// register the uncaught exception handler
 NSSetUncaughtExceptionHandler(&handler);
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Abort 率检测

目前对于内存太高被杀死的状况是没有办法直接统计的，通常经过排除法来作百分比的统计，原理以下

• 程序启动，设置标志位
• 程序正常退出，清楚标志
• 程序Crash，清楚标志
• 程序电量太低致使关机，这个也没办法直接监控，能够加入电量检测来辅助判断
• 第二次启动，标志位若是存在，则表明Abort一次，上传后台作统计

交互监控

对于页面的加载时间，这个比较容易实现，直接经过Runtime hook对应的生命周期方法便可，好比 viewDidLoad、viewWillAppear等

对于用户的交互痕迹，好比点击了那个按钮、跳转到了那个页面，这些信息偏于用户行为的收集，咱们也独立研发了一个无埋点的SDK，专门来作用户行为数据的收集与分析，核心也是基于 hook AOP的思想。细节能够参考我同事的做品

网络监控

对于成功率、状态码、流量，以及网络的响应时间之类的，咱们能够主要能够经过两种方式来作

• 针对URLConnection、CFNetwork、NSURLSession三种网络作Hook，hook的具体技术能够是method swizzle 也能够是Proxy、Fishhook之类的
• 也可使用 NSURLProtocol 对网络请求的拦截，进而获得流量、响应时间等信息，可是NSURLProtocol有本身的局限，好比NSURLProtocol只能拦截NSURLSession，NSURLConnection以及UIWebView，可是对于CFNetwork则无能为力

对于第一种方式能够Hook哪些方法的，能够参考这个图

对于 HTTP与HTTPS 的 DNS 解析、TCP握手、SSL握手(HTTP除外)、首包时间等时间的统计，稍有难度

可是，由于咱们所使用的URLConnection、CFNetwork、NSURLSession底层都是 BSDSocket，因此能够尝试在socket上动手脚来实现效果，相似于经过ViewController的生命周期方法来统计页面加载时间的作法，咱们Hook socket相关的方法来作，好比经过hook socket链接时的 connect方法，拿到tcp握手的起始时间，经过hook SSLHandshake方法，在SSLHandshake执行的时候拿到 SSL握手的起始时间等。目前听云已经提供了 HTTP 的分段时间查询功能，你们去体验下

int	connect(int, const struct sockaddr *, socklen_t) __DARWIN_ALIAS_C(connect);

OSStatus SSLHandshake(SSLContextRef ctx) 
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可是对于 iOS 9 Apple 加入 ATS 新特性，并要求开发者使用 HTTPS，我在 iOS九、10上对 HTTPS 网络请求Hook socket方法时候，有一些方法hook 失效，猜测应该是Apple 进行了加固、加密，致使一些系统方法没办法hook，因此在 iOS九、10 上没法经过socket来取得HTTPS网络的分段时间（纠正：fishhook 没法 hook socket 的缘由：https://github.com/facebook/fishhook/issues/40）

不过apple在 iOS 10 推出一个API，能够在 iOS10 版本以上进行网络信息的收集

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session task:(NSURLSessionTask *)task didFinishCollectingMetrics:(NSURLSessionTaskMetrics *)metrics 
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打印结果以下

(Fetch Start) 2017-02-24 09:03:06 +0000
(Domain Lookup Start) 2017-02-24 09:03:06 +0000
(Domain Lookup End) 2017-02-24 09:03:06 +0000
(Connect Start) 2017-02-24 09:03:14 +0000
(Secure Connection Start) 2017-02-24 09:03:14 +0000
(Secure Connection End) 2017-02-24 09:03:16 +0000
(Connect End) 2017-02-24 09:03:16 +0000
(Request Start) 2017-02-24 09:03:16 +0000
(Request End) 2017-02-24 09:03:16 +0000
(Response Start) 2017-02-24 09:03:16 +0000
(Response End) 2017-02-24 09:03:16 +0000
复制代码

固然，对于网络各层次的时间获取，若是你有好的方案，但愿您能够留言告知。同时对于一些维度信息和内存等基础指标，很容易获取，这里就不细谈了

大礼包

在调研和学习APM技术的过程当中，发现了不少优秀的博客，因此在此推荐给你们，有须要的能够自取

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