iOS全埋點解決方案-界面預覽事件

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前言 ​ 我們先瞭解 UIViewController 生命周期相關的內容和 iOS 的“黑魔法” Method Swizzling。然後再瞭解頁面瀏覽事件（$AppViewScreen）全埋點的實現原理 一、UIViewController 生命周期 ​ 眾所周知，每一個 UIViewContro ...


前言

​ 我們先瞭解 UIViewController 生命周期相關的內容和 iOS 的“黑魔法” Method Swizzling。然後再瞭解頁面瀏覽事件（$AppViewScreen）全埋點的實現原理

一、UIViewController 生命周期

​ 眾所周知，每一個 UIViewController 都管理著一個由多個視圖組成的樹形結構，其中根視圖保存在 UIViewController 的 view 屬性中。UIViewController 會懶載入它所管理的視圖集，直到第一次訪問 view 屬性時，才會去載入或者創建 UIViewController 的視圖集。

有以下幾種常用的方式載入或者創建 UIViewController 的視圖集：

  • 使用 Storyboard
  • 使用 Nib 文件
  • 使用代碼，即重寫 - loadView

​ 以上這些方法，最終都會創建出合適的根視圖並保存在 UIViewController 的 view 屬性中，這是 UIViewController 生命周期的第一步。當 UIViewController 的根視圖需要展示在頁面上時，會調用 - viewDidLoad 方法。在這個方法中，我們可以做一些對象初始化相關的工作。

​ 需要註意的是：此時，視圖的 bounds 還沒有確定。對於使用代碼創建視圖，- viewDidLoad 方法會在 -loadView 方法調用結束之後運行；如果使用的是 Stroyboard 或者 Nib 文件創建視圖，- viewDidLoad 方法則會在 - awakeFromNib 方法之後調用。

​ 當 UIViewController 的視圖在屏幕上的顯示狀態發生變化時，UIViewController 會自動回調一些方法，確保子類能夠響應到這些變化。如下圖所示，它展示了 UIViewController 在不同的顯示狀態時會回調不同的方法。

image-20220330104814891

​ 在 UIViewController 被銷毀之前，還會回調 - dealloc 方法，我們一般通過重寫這個方法來主動釋放不能被 ARC 自動釋放的資源。

​ 我們現在對 UIViewController 的整個生命周期有了一些基本瞭解。那麼，我們如何去實現頁面瀏覽事件（ $AppViewScreen 事件）的全埋點呢？

​ 通過 UIViewController 的生命周期可知，當執行到 - viewDidAppear: 方法時，表示視圖已經在屏幕上渲染完成，也即頁面已經顯示出來了，正等待用戶進行下一步操作。因此，- viewDidAppear: 方法就是我們觸發頁面瀏覽事件的最佳時機。如果想要實現頁面瀏覽事件的全埋點，需要使用 iOS 的“黑魔法” Method Swizzling 相關的技術。

二、Method Swizzling 黑魔法

​ Method Swizzling，顧名思義，就是交換兩個方法的實現。簡單的來說，就是利用 Objective-C runtime 的動態綁定特性，把一個方法的實現與另一個方法的實現進行交換。

2.1 Method Swizzling 基礎

​ 在 Objective-C 的 runtime 中，一個類是用一個名為 objc_class 的結構體表示的，它的定義如下：

struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

​ 在上面的結構體中，雖然有很多欄位在 OBJC2 中已經廢棄了（OBJC2_UNAVAILABLE），但是瞭解這個結構體還是有助於我們理解 Method Swizzling 的底層原理。我們從上述結構體中可以發現，有一個 objc_method_list 指針，它保存著當前類的所有方法列表。同時，objc_method_list 也是一個結構體，它的定義如下：

struct objc_method_list {
struct objc_method_list * _Nullable obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;

int method_count OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
int space OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
}

​ 在上面的結構體中，有一個 objc_method 欄位，我們再來看看 objc_method 這個結構體：

struct objc_method {
SEL _Nonnull method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char * _Nullable method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP _Nonnull method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}

​ 從上面的結構體中可以看出，一個方法由下麵三個部分組成：

  • method_name：方法名
  • method_types：方法類型
  • method_imp：方法實現

使用 Method Swizzling 交換方法，其實就是修改了 objc_method 結構體中的 method_imp，也即改變了 method_name 和 method_imp 的映射關係，如下圖所示。

image-20220330115713273

那我們如何改變 method_name 和 method_imp 的映射關係呢？在 Objective-C 的 runtime 中，提供了很多非常方便使用的函數，讓我們可以很簡單的就能實現 Method Swizzling，即改變 method_name 和 method_imp 的映射關係，從而達到交換方法的效果。

2.2 實現 Method Swizzling 的相關函數

  1. Method class_getInstanceMethod

    // 返回目標類 aClass、方法名為 aSelector 的實例方法
// aClass :目標類
// aSelector: 方法名
OBJC_EXPORT Method _Nullable
class_getInstanceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name)
    OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

  2. BOOL class_addMethod

    // 給目標類 aClass 添加一個新的方法，同時包括方法的實現
// aClass: 目標類
// aSelector: 要添加方法的方法名
// imp: 要添加方法的方法實現
// types: 方法實現的編碼類型
OBJC_EXPORT BOOL
class_addMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                const char * _Nullable types) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

  3. IMP method_getImplementation

    // 返回方法實現的指針
// 目標方法
OBJC_EXPORT IMP _Nonnull
method_getImplementation(Method _Nonnull m) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

  4. IMP class_replaceMethod

    // 替換目標類 aClass 的 aSelector 方法指針
// aClass: 目標類
// aSelector: 目前方法的方法名
// imp：新方法的方法實現
// types: 方法實現的編碼類型
OBJC_EXPORT IMP _Nullable
class_replaceMethod(Class _Nullable cls, SEL _Nonnull name, IMP _Nonnull imp, 
                    const char * _Nullable types) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

  5. void method_exchangeImplementations

    // 交換2個方法的實現指針
// m1: 交換方法1
// m2: 交換方法2
OBJC_EXPORT void
method_exchangeImplementations(Method _Nonnull m1, Method _Nonnull m2) 
    OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

2.3 實現 Method Swizzling

第一步 創建 NSObject 的分類 NSObject+SASwizzler

第二步 在 NSObject+SASwizzler.h 聲明方法交換方法

/// 交換方法名為 originalSEL 和方法名為 alternateSEL 兩個方法實現
/// @param originalSEL 原始的方法名稱
/// @param alternateSEL 要交換的方法名稱
+ (BOOL)sensorsdata_swizzleMethod:(SEL)originalSEL withMethod:(SEL)alternateSEL;

第三步 在 NSObject+SASwizzler.m 實現方法的交換

+ (BOOL)sensorsdata_swizzleMethod:(SEL)originalSEL withMethod:(SEL)alternateSEL {
   
    // 獲取原始方法
    Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, originalSEL);
    // 當原始的方法不存在時，返回NO，表示 Swizzler 失敗
    if (!originalMethod) {
        return NO;
    }
    
    // 獲取要交換的方法
    Method alternateMethod = class_getInstanceMethod(self, alternateSEL);
    // 當交換的方法不存在時，返回NO，表示 Swizzler 失敗
    if (!alternateMethod) {
        return NO;
    }
    
    // 交換兩個方法的實現
    method_exchangeImplementations(originalMethod, alternateMethod);
    return YES;
}

三、實現界面預覽事件全埋點

​ 利用方法交換，來交換 UIViewController 的 -viewDidAppear: 方法，然後在方法交換中觸發 $AppViewScreen 事件，來實現界面預覽的全埋點。

3.1 實現步驟

第一步：在 SensorsSDK 項目中，新增一個 UIViewController 類別 UIViewController+SensorsData

第二步：在 UIViewController+SensorsData.m 類別新增交換方法 - sensorsdata_viewDidAppear：，然後再交換方法中調用原始方法，並觸發 $AppViewScreen 事件

- (void)sensorsdata_viewDidAppear:(BOOL)animated {
    // 調用原始方法, 即 - viewDidAppear
    [self sensorsdata_viewDidAppear:animated];
    
    // 觸發 $AppViewScreen 事件
    NSMutableDictionary *properties = [NSMutableDictionary dictionary];
    [properties setValue:NSStringFromClass([self class]) forKey:@"$screen_name"];
    [properties setValue:self.navigationItem.title forKey:@"$title"];
    [[SensorsAnalyticsSDK sharedInstance] track:@"$AppViewScreen" properties:properties];
}

第三步: 在 UIViewController+SensorsData.m 中重寫 + load 類方法，併在 + load 類方法中調用 NSObject+SASwizzler 的類方法交換

+ (void)load {
    [UIViewController sensorsdata_swizzleMethod:@selector(viewDidAppear:) withMethod:@selector(sensorsdata_viewDidAppear:)];
}

第四步 : 測試驗證

{
  "event" : "$AppViewScreen",
  "time" : 1648626597682,
  "propeerties" : {
    "$model" : "x86_64",
    "$manufacturer" : "Apple",
    "$lib_version" : "1.0.0",
    "$os" : "iOS",
    "$app_version" : "1.0",
    "$screen_name" : "ViewController",
    "$os_version" : "15.2",
    "$lib" : "iOS"
  }
}

3.2 優化

問題：在應用程式啟動過程中，會觸發多餘的 $AppViewScreen ，我們可以引入黑名單的機制，即在黑名單里配置那些 UIViewController 及子類不觸發 $AppViewScreen 事件。

第一步 創建一個 sensorsdata_black_list.plist 文件，並把 root 類型改成 Array，該文件就是黑名單文件，然後在黑名單文件中添加控制器，如圖所示：

image-20220330164145172

第二步 在 UIViewController+SensorsData.m 文件中新增 - shouldTrackAppViewScreen 方法，用來判斷當前控制器是否在黑名單中。

static NSString * const kSensorsDataBlackListFileName = @"sensorsdata_black_list";

// 黑名單
- (BOOL)shouldTrackAppViewScreen {
    static NSSet *blackList = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSString *path = [[NSBundle bundleForClass:SensorsAnalyticsSDK.class] pathForResource:kSensorsDataBlackListFileName ofType:@"plist"];
        NSArray *classNames = [NSArray arrayWithContentsOfFile:path];
        NSMutableSet *set = [NSMutableSet setWithCapacity:classNames.count];
        for (NSString *className in classNames) {
            [set addObject:NSClassFromString(className)];
        }
        blackList = [set copy];
    });
    for (Class cla in blackList) {
        if ([self isKindOfClass:cla]) {
            return  NO;
        }
    }
    return YES;
}

第三步 在觸發 $AppViewScreen 事件之前，判斷是否在黑名單中

- (void)sensorsdata_viewDidAppear:(BOOL)animated {
    // 調用原始方法, 即 - viewDidAppear
    [self sensorsdata_viewDidAppear:animated];
    
    // 觸發 $AppViewScreen 事件
    if ([self shouldTrackAppViewScreen]) {
        NSMutableDictionary *properties = [NSMutableDictionary dictionary];
        [properties setValue:NSStringFromClass([self class]) forKey:@"$screen_name"];
        [properties setValue:self.navigationItem.title forKey:@"$title"];
        [[SensorsAnalyticsSDK sharedInstance] track:@"$AppViewScreen" properties:properties];
    }
}

第四步 測試驗證

​ 運行Demo，所添加到黑名單中的 controller 不會發送 $AppViewScreen 事件。

3.4 遺留問題

​ 按照目前的方案實現 $AppViewScreen 事件的全埋點，會有2個問題：

應用程式熱啟動是（從後臺恢復），第一個界面沒有觸發 $AppViewScreen 事件。原因是這個界面沒有再次執行 - viewDidAppear: 方法

要求 UIViewController 的子類不重寫 -viewDidAppear：方法，一旦重寫，必須調用[super viewDidAppear:animated], 否則不會觸發 $AppViewScreen 事件。原因是直接交換了 UIViewController 的 - viewDidAppear: 方法。


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