iOS全埋点解决方案-界面预览事件

PHP小丑

前言
我们先了解 UIViewController 生命周期相关的内容和 iOS 的“黑魔法” Method Swizzling。然后再了解页面浏览事件（$AppViewScreen）全埋点的实现原理
一、UIViewController 生命周期
众所周知，每一个 UIViewController 都管理着一个由多个视图组成的树形结构，其中根视图保存在 UIViewController 的 view 属性中。UIViewController 会懒加载它所管理的视图集，直到第一次访问 view 属性时，才会去加载或者创建 UIViewController 的视图集。
有以下几种常用的方式加载或者创建 UIViewController 的视图集：

使用 Storyboard
使用 Nib 文件
使用代码，即重写 - loadView

以上这些方法，最终都会创建出合适的根视图并保存在 UIViewController 的 view 属性中，这是 UIViewController 生命周期的第一步。当 UIViewController 的根视图需要展示在页面上时，会调用 - viewDidLoad 方法。在这个方法中，我们可以做一些对象初始化相关的工作。
需要注意的是：此时，视图的 bounds 还没有确定。对于使用代码创建视图，- viewDidLoad 方法会在 -loadView 方法调用结束之后运行；如果使用的是 Stroyboard 或者 Nib 文件创建视图，- viewDidLoad 方法则会在 - awakeFromNib 方法之后调用。
当 UIViewController 的视图在屏幕上的显示状态发生变化时，UIViewController 会自动回调一些方法，确保子类能够响应到这些变化。如下图所示，它展示了 UIViewController 在不同的显示状态时会回调不同的方法。

在 UIViewController 被销毁之前，还会回调 - dealloc 方法，我们一般通过重写这个方法来主动释放不能被 ARC 自动释放的资源。
我们现在对 UIViewController 的整个生命周期有了一些基本了解。那么，我们如何去实现页面浏览事件（ $AppViewScreen 事件）的全埋点呢？
通过 UIViewController 的生命周期可知，当执行到 - viewDidAppear: 方法时，表示视图已经在屏幕上渲染完成，也即页面已经显示出来了，正等待用户进行下一步操作。因此，- viewDidAppear: 方法就是我们触发页面浏览事件的最佳时机。如果想要实现页面浏览事件的全埋点，需要使用 iOS 的“黑魔法” Method Swizzling 相关的技术。
二、Method Swizzling 黑魔法
Method Swizzling，顾名思义，就是交换两个方法的实现。简单的来说，就是利用 Objective-C runtime 的动态绑定特性，把一个方法的实现与另一个方法的实现进行交换。
2.1 Method Swizzling 基础
在 Objective-C 的 runtime 中，一个类是用一个名为 objc_class 的结构体表示的，它的定义如下：

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;

在上面的结构体中，虽然有很多字段在 OBJC2 中已经废弃了（OBJC2_UNAVAILABLE），但是了解这个结构体还是有助于我们理解 Method Swizzling 的底层原理。我们从上述结构体中可以发现，有一个 objc_method_list 指针，它保存着当前类的所有方法列表。同时，objc_method_list 也是一个结构体，它的定义如下：

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;
}

在上面的结构体中，有一个 objc_method 字段，我们再来看看 objc_method 这个结构体：

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

从上面的结构体中可以看出，一个方法由下面三个部分组成：

method_name：方法名
method_types：方法类型
method_imp：方法实现

使用 Method Swizzling 交换方法，其实就是修改了 objc_method 结构体中的 method_imp，也即改变了 method_name 和 method_imp 的映射关系，如下图所示。

那我们如何改变 method_name 和 method_imp 的映射关系呢？在 Objective-C 的 runtime 中，提供了很多非常方便使用的函数，让我们可以很简单的就能实现 Method Swizzling，即改变 method_name 和 method_imp 的映射关系，从而达到交换方法的效果。
2.2 实现 Method Swizzling 的相关函数

Method class_getInstanceMethod

// 返回目标类 aClass、方法名为 aSelector 的实例方法
// aClass :目标类
// 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);

BOOL class_addMethod

// 给目标类 aClass 添加一个新的方法，同时包括方法的实现
// aClass: 目标类
// aSelector: 要添加方法的方法名
// imp: 要添加方法的方法实现
// types: 方法实现的编码类型
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);

IMP method_getImplementation

// 返回方法实现的指针
// 目标方法
OBJC_EXPORT IMP _Nonnull
method_getImplementation(Method _Nonnull m) 
  OBJC_AVAILABLE(10.5, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

IMP class_replaceMethod

// 替换目标类 aClass 的 aSelector 方法指针
// aClass: 目标类
// aSelector: 目前方法的方法名
// imp：新方法的方法实现
// types: 方法实现的编码类型
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);

void method_exchangeImplementations

// 交换2个方法的实现指针
// m1: 交换方法1
// m2: 交换方法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 实现 Method Swizzling
第一步创建 NSObject 的分类 NSObject+SASwizzler
第二步在 NSObject+SASwizzler.h 声明方法交换方法

/// 交换方法名为 originalSEL 和方法名为 alternateSEL 两个方法实现
/// @param originalSEL 原始的方法名称
/// @param alternateSEL 要交换的方法名称
+ (BOOL)sensorsdata_swizzleMethod:(SEL)originalSEL withMethod:(SEL)alternateSEL;

第三步在 NSObject+SASwizzler.m 实现方法的交换

+ (BOOL)sensorsdata_swizzleMethod:(SEL)originalSEL withMethod:(SEL)alternateSEL {
   
  // 获取原始方法
  Method originalMethod = class_getInstanceMethod(self, originalSEL);
  // 当原始的方法不存在时，返回NO，表示 Swizzler 失败
  if (!originalMethod) {
    return NO;
  }
  
  // 获取要交换的方法
  Method alternateMethod = class_getInstanceMethod(self, alternateSEL);
  // 当交换的方法不存在时，返回NO，表示 Swizzler 失败
  if (!alternateMethod) {
    return NO;
  }
  
  // 交换两个方法的实现
  method_exchangeImplementations(originalMethod, alternateMethod);
  return YES;
}

三、实现界面预览事件全埋点
利用方法交换，来交换 UIViewController 的 -viewDidAppear: 方法，然后在方法交换中触发 $AppViewScreen 事件，来实现界面预览的全埋点。
3.1 实现步骤
第一步：在 SensorsSDK 项目中，新增一个 UIViewController 类别 UIViewController+SensorsData
第二步：在 UIViewController+SensorsData.m 类别新增交换方法 - sensorsdata_viewDidAppear：，然后再交换方法中调用原始方法，并触发 $AppViewScreen 事件

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

第三步: 在 UIViewController+SensorsData.m 中重写 + load 类方法，并在 + load 类方法中调用 NSObject+SASwizzler 的类方法交换

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

第四步 : 测试验证

{
  "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 优化
问题：在应用程序启动过程中，会触发多余的 $AppViewScreen ，我们可以引入黑名单的机制，即在黑名单里配置那些 UIViewController 及子类不触发 $AppViewScreen 事件。
第一步创建一个 sensorsdata_black_list.plist 文件，并把 root 类型改成 Array，该文件就是黑名单文件，然后在黑名单文件中添加控制器，如图所示：

第二步在 UIViewController+SensorsData.m 文件中新增 - shouldTrackAppViewScreen 方法，用来判断当前控制器是否在黑名单中。

static NSString * const kSensorsDataBlackListFileName = @"sensorsdata_black_list";
// 黑名单
- (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;
}

第三步在触发 $AppViewScreen 事件之前，判断是否在黑名单中

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

第四步测试验证
运行Demo，所添加到黑名单中的 controller 不会发送 $AppViewScreen 事件。
3.4 遗留问题
按照目前的方案实现 $AppViewScreen 事件的全埋点，会有2个问题：
应用程序热启动是（从后台恢复），第一个界面没有触发 $AppViewScreen 事件。原因是这个界面没有再次执行 - viewDidAppear: 方法
要求 UIViewController 的子类不重写 -viewDidAppear：方法，一旦重写，必须调用[super viewDidAppear:animated], 否则不会触发 $AppViewScreen 事件。原因是直接交换了 UIViewController 的 - viewDidAppear: 方法。

[iOS开发] iOS全埋点解决方案-界面预览事件

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