iOS 流畅度监控的一个方案

在监控画面是否卡顿时，直接使用主线程 RunLoop 的运行耗时来判断并不直观。业界通常使用屏幕刷新率（FPS）来衡量流畅度，下面就来讨论基于 CADisplayLink 的帧率监控方案。

一、CADisplayLink 原理

CADisplayLink 是一个与屏幕刷新率同步的定时器，本质上它是一个特殊的 RunLoop 事件源（CFRunLoopSource），使用时需要添加到 RunLoop 中：

objective-c 复制代码

CADisplayLink *link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(update:)];
[link addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];

实现原理：
CADisplayLink 内部封装了一个 CFRunLoopSource，注册到 RunLoop 后，会等待 VSync 信号的到来。每次垂直同步信号产生时，系统会把这个 Source 标记为待处理，RunLoop 被唤醒后分发回调。

与 NSTimer 相比，CADisplayLink 更精准：

Timer 基于时间触发，依赖 RunLoop 分发。如果 RunLoop 正在执行耗时任务，定时器可能被延迟甚至跳过，无法保证与屏幕刷新同步。
CADisplayLink 由硬件 VSync 驱动，能保证每帧都被调用（只要回调执行时间不超过一帧）。此外，它还支持 preferredFramesPerSecond 属性，可以指定期望的帧率，内部通过有规律地跳帧来实现。

当然，如果回调本身的执行时间超过一帧的时长，下一次 VSync 到来时上一次回调可能尚未结束，就会导致实际丢帧。

scss 复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      硬件层                                  │
│  Display Controller → 产生 VSync 中断信号                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     内核层 (iOS)                             │
│  IOKit.framework → 接收 VSync 中断 → 转换为 Mach 消息       │
│  CoreAnimation Server 进程接收并分发                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     用户层 (App)                             │
│  CADisplayLink → 注册到 RunLoop → 接收回调 → 执行方法       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

CADisplayLink 与 Core Animation 共享同一个 VSync 源，因此它的回调时机和屏幕刷新严格对齐。

二、监控帧率、掉帧与冻帧

CADisplayLink 提供了两个关键属性：

duration：每帧的理论时间间隔（例如 60 Hz 下约为 0.0167 秒）
timestamp：当前回调对应的时间戳

利用这些属性就可以实现帧率、掉帧数和冻帧检测。

1. 帧率（FPS）

每次回调时让计数器 fpsCount++，同时记录第一帧的 timestamp。当累积时长 delta = 当前timestamp - 第一帧timestamp ≥ 1秒 时，计算：

ini 复制代码

FPS = fpsCount / delta

然后重置计数器，并将"第一帧时间戳"更新为当前帧，继续下一轮统计。这样得到的是一段时间内的平均帧率，更平滑。

2. 掉帧计算

通过计算相邻两次回调的实际时间间隔，可以知道中间丢了多少帧：

ini 复制代码

实际间隔 duration = 当前帧timestamp - 上一帧timestamp
掉帧数 = (duration - displayLink.duration) / displayLink.duration

为避免单次微小的抖动产生噪声，通常只关注连续掉帧的情况，并可以按严重程度分级统计：

drop3：单次掉帧 ≥ 3 帧（轻度卡顿）
drop7：单次掉帧 ≥ 7 帧（严重卡顿）

3. 冻帧（Freeze）检测

当两帧之间的时间差 ≥ 700 ms （kFreezeFrameLimitValue）时，判定为主线程"冻死"，画面完全无响应。

此时需要：

采集当前主线程的调用栈，用于定位卡死位置。
避免重复采集：一次长时间的冻帧可能连续触发多次判定条件，因此一旦抓到调用栈，就暂停冻帧检测（例如标记 isFreezeCaptured = YES），直到帧率恢复后再重新开启。

一个简化版冻帧检测逻辑示例：

objective-c 复制代码

- (void)update:(CADisplayLink *)link {
    if (_lastTimestamp == 0) {
        _lastTimestamp = link.timestamp;
        return;
    }
    
    CFTimeInterval interval = link.timestamp - _lastTimestamp;
    _lastTimestamp = link.timestamp;
    
    // 掉帧数
    NSInteger dropped = round((interval - link.duration) / link.duration);
    if (dropped >= 7) {
        // 记录严重掉帧
    }
    
    // 冻帧
    if (interval >= 0.7 && !_isFreezeCaptured) {
        _isFreezeCaptured = YES;
        // 采集主线程堆栈，上报冻帧事件
        [self captureMainThreadStack];
    }
    
    // FPS 统计
    _fpsCount++;
    CFTimeInterval elapsed = link.timestamp - _firstTimestamp;
    if (elapsed >= 1.0) {
        CGFloat fps = _fpsCount / elapsed;
        _fpsCount = 0;
        _firstTimestamp = link.timestamp;
        // 上报 FPS
        
        // 如果之前因为冻帧暂停了，此处可以恢复
        _isFreezeCaptured = NO;
    }
}