首先看一下函数调用栈, 该图来自于 Wiki
上图表示了一个栈，它分为若干栈帧(frame)，每个栈帧对应一个函数调用，比如蓝色的部分是 DrawSquare 函数的栈帧，它在执行的过程中调用了 DrawLine 函数，栈帧用绿色表示。
可以看到栈帧由三部分组成: 函数参数，返回地址，帧内的变量。举个例子，在调用 DrawLine 函数时首先把函数的参数入栈，这是第一部分；随后将返回地址入栈，这表示当前函数执行完后回到哪里继续执行；在函数内部定义的变量则属于第三部分。
Stack Pointer(栈指针)表示当前栈的顶部，由于大部分操作系统的栈向下生长，它其实是栈地址的最小值。根据之前的解释，Frame Pointer 指向的地址中，存储了上一次 Stack Pointer 的值，也就是返回地址。
在大多数操作系统中，每个栈帧还保存了上一个栈帧的 Frame Pointer，因此只要知道当前栈帧的 Stack Pointer 和 Frame Pointer，就能知道上一个栈帧的 Stack Pointer 和 Frame Pointer，从而递归的获取栈底的帧。
显然当一个函数调用结束时，它的栈帧就不存在了。
因此，调用栈其实是栈的一种抽象概念，它表示了方法之间的调用关系，一般来说从栈中可以解析出调用栈。
刚看到这个需求的时候, 想起来 iOS 中Thread.callstackSymbols可以获取到调用堆栈信息, 但是实施的时候发现不行, 有两个原因:
- 的确可以获取到堆栈信息, 但是没法得到预估时间.
- 我们程序启动之后, 就会开启一个RunLoop(一个循环, 类似于如下代码), 我们UI刷新, CADisplayLink，CATransition，CAAnimation, GCD中的Main Queue也会放入主循环中. 其他线程, 以及其他事件会添加到其他的 runloop 中, 每一个线程都维护了自己的runloop, runloop 的调用顺序是source0、source1、timer、dispatch_queue, UI 相关都会放入source0(__CFRunLoopDoSources0)中, 在一步步执行到Viewdidload()方法, 事件处理完毕之后陷入休眠, 等待事件唤醒, 这时候如果在子线程想打印主线程的信息就无法抓取到了, 因为已经执行完其他方法(都已经出栈了).
performSelector也是发送了一个消息(事件), runloop 在执行. 所以不可行
int main(int argc, char * argv[]) {
//程序一直运行状态
while (AppIsRunning) {
//睡眠状态，等待唤醒事件
id whoWakesMe = SleepForWakingUp();
//得到唤醒事件
id event = GetEvent(whoWakesMe);
//开始处理事件
HandleEvent(event);
}
return 0;
}主线程的栈信息:
graph TD
dyld[dyld, 存储了系统中动态链接库的位置, 快速查找] -->main.m(UIApplication/main.m)
main.m -->GraphicServices[GSEventRunModal/GraphicServices]
GraphicServices --> RunLoop[RunLoop]
RunLoop --> Event
RunLoop/包含CFRunLoopRunSpecific，__CFRunLoopRun，__CFRunLoopDoSouces0，CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION
既然直接使用自带的Thread.callstackSymbols方法, 那么就需要另辟蹊径了, 回想一下我们开始看到的线程的调用栈, 我们每一个当前还未出栈的方法还未执行, 都是保存在栈里面的, 我们可以通过获取栈帧然后递归到栈底.
所以我们现在需要去拿到栈的指针(StackPointer)以及栈帧指针(FramePointer).
系统提供了 task_threads 方法，可以获取到所有的线程，注意这里的线程是最底层的 mach 线程.
对于每一个线程，可以用 thread_get_state 方法获取它的所有信息，信息填充在 _STRUCT_MCONTEXT 类型的参数中(这个方法中有两个参数随着 CPU 架构的不同而改变).
我们需要存储线程的StackPointer以及 顶部的FramePointer, 通过递归获取到整个调用栈.
根据栈帧的 Frame Pointer 获取到这个函数调用的符号名
这样我们的实现思路就是:
- 获取线程的StackPointer 以及 FramePointer
- 找到FramePointer属于哪一个镜像文件(.m)
- 获取镜像文件的符号表
- 在符号表中找到函数调用地址对应的符号名
- return 到上一级调用函数的FramePointer, 重复第2步.
- 到达栈底, 退出.
它是对pthread的面向对象表示.
pthread是(POSIX 的简写，POSIX 表示 “可移植操作系统接口(Portable Operating System Interface)").- NSThread的封装方式.
不同的操作会设计自己的线程模型, 所以底层 API 是不相同的, 但是 POSIX提供的pthread就是相当于对底层进行了一次封装, 让不同平台运行得到相同的效果.
Unix 系统提供的 thread_get_state 和 task_threads 等方法，操作的都是内核线程，每个内核线程由 thread_t 类型的 id 来唯一标识，pthread 的唯一标识是 pthread_t 类型。
内核线程和 pthread 的转换(也即是 thread_t 和 pthread_t 互转)很容易，因为 pthread 诞生的目的就是为了抽象内核线程。
我们来看一下NSThread里面用到 pthread 的地方
- (void) start {
pthread_attr_t attr;
pthread_t thr;
int errno = 0;
pthread_attr_init(&attr);
if (pthread_create(&thr, &attr, nsthreadLauncher, self)) {
// Error Handling
}
}NSThread并没有存储pthread_t的信息.
只有在exit()方法再次使用了pthread_exit().
我们来研究一下performSelector的实现, 它最终会调用
- (void) performSelector: (SEL)aSelector
onThread: (NSThread*)aThread
withObject: (id)anObject
waitUntilDone: (BOOL)aFlag
modes: (NSArray*)anArray;该方法只是一层封装, 用于获取线程RunLoop, 真正被调用是在RunLoop中的.
- (void) performSelector: (SEL)aSelector
target: (id)target
argument: (id)argument
order: (NSUInteger)order
modes: (NSArray*)modes{
}封装成Perfomer作为一个Event放入 Runloop 中等待执行.
了解到这里有什么用呢, 我们接着往下看(我们的目标是通过 NSThread 得到 pthread).
系统并没有提供转换的方法, 我们需要寻找其他的方式去实现.
hook住performSelector的执行, 然后在指定线程的代码部分保存thread_t, 执行代码的时机不能太晚, 在打印的调用栈的时候会破坏目前的结构, 最好是在创建的时候就执行, 从上方的代码可以看见pthread_create(&thr, &attr, nsthreadLauncher, self) 会执行nsthreadLauncher, 该方法的定义:
static void *nsthreadLauncher(void* thread)
{
NSThread *t = (NSThread*)thread;
[nc postNotificationName: NSThreadDidStartNotification object:t userInfo: nil];
[t _setName: [t name]];
[t main];
[NSThread exit];
return NULL;
}惊喜的发现, 它会发送一个一个线程开始NSThreadDidStartNotification的通知, 然后监听这个通知去调用performSelector方法.
但是performSelector是基于runloop的, runloop 需要到main函数才有可能会开启(还有一点, 启动的线程一般在执行完事务之后就会退出销毁, 要做保活, 就需要传入runloop(循环)).
所以, 这个方向也无法解除, 既然无法转换, 那么我们可以找到NSThread和pthread共有的唯一属性吗?
打印NSThread
<NSThread: 0x600002fc0cc0>{number = 1, name = main}
有一个地址, 一个线程序号, 线程名称.
地址是堆区的, 线程序号不是很清楚, 最后只剩下名称, 是否名称是唯一的呢? 去尝试一下pthread_getname_np(pthread_t, UnsafeMutablePointer<Int8>, Int)方法, 发现对应的名字是一样的(根据bestswifter文中所说, NSThread的setName方法也是直接调用 pthread 接口).
这样我们就可以通过NSThread 通过设置名字接口(记住是唯一的), 然后遍历所有的线程找到名字一样的线程在去获得StackPointer, FramePointer等关键信息.
阅读bestswifter文章的时候, 作者提到了一个坑
主线程修改名字之后是无法通过pthread_getname_np读取到的, 所以我们在之前就将值读取出来.
// 获取主线程
let main_thread_t = mach_thread_self()