淺談iOS Crash（2）
阿新 • • 發佈：2018-12-23
一、殭屍物件（Zombie Objects）
1、概述
- 殭屍物件：已經被釋放掉的物件。一般來說，訪問已經釋放的物件或向它發訊息會引起錯誤。因為指標指向的記憶體塊認為你無權訪問或它無法執行該訊息，這時候核心會丟擲一個異常（ EXC ），表明你不能訪問該儲存區域（BAD ACCESS）。（EXC_BAD_ACCESS型別錯誤）
- 除錯解決該類問題一般採用NSZombieEnabled（開啟殭屍模式）。
2、使用NSZombieEnabled
- Xcode提供的NSZombieEnabled，通過生成殭屍物件來替換dealloc的實現，當物件引用計數為0的時候，將需要dealloc的物件轉化為殭屍物件。如果之後再給這個殭屍物件發訊息，則丟擲異常。先選中Product -> Scheme -> Edit Scheme -> Diagnostics -> 勾選Zombie Objects 項，顯示如下：
設定NSZombieEnabled.png
- 然後在Product -> Scheme -> Edit Scheme -> Arguments設定NSZombieEnabled、MallocStackLoggingNoCompact兩個變數，且值均為YES。顯示如下：
設定NSZombieEnabled和MallocStackLoggingNoCompact.png
- 僅設定Zombie Objects的話，如果Crash發生在當前呼叫棧，系統可以把崩潰原因定位到具體程式碼中；但是如果Crash不是發生在當前呼叫棧，系統僅僅告知崩潰地址，所以我們需要新增變數MallocStackLoggingNoCompact，讓Xcode記錄每個地址alloc的歷史，然後通過命令將地址還原出來。
- Xcode 6之前還可以使用gdb，可以使用info malloc-history address命令來將發生崩潰的地址還原成具體的程式碼行，Xcode 7之後只能使用lldb，使用命令bt來列印呼叫堆疊。下面是某Crash通過殭屍模式除錯，使用bt檢視的效果。
bt效果.png
說明：發版前要將殭屍物件檢測這些設定都去掉，否則每次通過指標訪問物件時，都去檢查指標指向的物件是否為殭屍物件，這就影響效率了。
3、程式碼中的注意事項
在ARC時代，避免訪問釋放掉的記憶體，程式碼需要注意的地方有：
- 檢查程式碼1 ：不能使用assgin或 unsafe_unretained修飾指向OC物件的指標
assgin和unsafe_unretained表示不持物件，是弱引用。如果指標指向的物件被釋放了，它們就變成了野指標，很有可能發生Crash。
建議1： assign僅用於修飾NSInteger等OC基礎型別，以及short、int、double、結構體等C資料型別，不修飾物件指標；
建議2： OC物件屬性一般使用strong關鍵字(預設)修飾。
建議3： 如果需要弱引用OC物件，建議使用weak關鍵字，因為被weak指標所引用的物件被回收後，weak指標會被賦為nil（空指標），給nil發任何訊息都不會出問題。使用weak修飾代理物件屬性就是很好的例子。
- 檢查程式碼2 ：Core Foundation等底層操作
Core Foundation等底層操作它們不支援ARC，還需要手動記憶體管理。
建議： 注意CF物件的建立和釋放。
二、野指標（Wild pointer）
1、概述
- 野指標是指向一個已刪除的物件 或 未申請訪問受限記憶體區域的指標。而這裡的野指標主要是物件釋放後，指標未置空導致的野指標。該類Crash發生比較隨機，找出來比較費勁，比較常見的做法是，在開發階段，提高這類Crash的復現率，儘可能得將其發現並解決。
- 向OC物件發出release訊息，只是標記物件佔用的那塊記憶體可以被釋放，系統並沒有立即收回記憶體；如果此時還向該物件傳送其他訊息，可能會發生Crash，也可能沒有問題。下圖是 訪問野指標（指向已刪除物件的指標）可能發生的情況。
訪問野指標可能發生的情況圖.png
- 從上圖可以知道，野指標造成的Crash的隨機性比較大，但是被隨機填入的資料是不可訪問的情況下，Crash是必現的。我們的思路是：想辦法給 野指標指向的記憶體填寫不可訪問的資料，讓隨機的Crash變成必現的Crash。
2、設定Malloc Scribble
- Xcode提供的Malloc Scribble，可以將物件釋放後在記憶體上填上不可訪問的資料，將隨機發生變成不隨機發生的事情，選中Product->Scheme->Edit Scheme ->Diagnostics – >勾選 Malloc Scribble項，結果如下：
設定Malloc Scribble.png
- 設定了Enable Scribble，在物件申請記憶體後在申請的記憶體上填0xaa，記憶體釋放後在釋放的記憶體上填0x55；如果記憶體未被初始化就被訪問，或者釋放後被訪問，Crash必現。
3、程式碼中的注意事項
檢查使用assgin或 unsafe_unretained 修飾指向OC物件的指標 和 Core Foundation等底層操作。
三、記憶體洩漏（Memory Leak）
1、概述
- 記憶體洩漏是指沒有釋放掉不再引用物件的記憶體。即便ARC幫我們解決很多麻煩，但是記憶體洩漏問題依然比較多；一般開發結束後，都要做一些基本的記憶體洩漏排查工作。
- 記憶體洩漏排查，一般採用Analyzer（靜態分析） + Leaks + MLeaksFinder (第三方工具)
2-1、排查之靜態分析(Analyzer)
- Xcode提供的 Analyzer可以在程式沒執行的時候，通過分析程式碼上下文的語法結構和記憶體情況，找出程式碼中潛在錯誤，如記憶體洩露、未使用函式和變數等。選中Product->Analyze(快捷鍵command+shift+B)可以使用了。
- Analyzer主要分析四種問題：
1) 邏輯錯誤：訪問空指標或未初始化的變數等；
2) 記憶體管理錯誤：如記憶體洩漏等；Core Foundation不支援ARC
3) 宣告錯誤：從未使用過的變數；
4) API呼叫錯誤：未包含使用的庫和框架。 - Analyzer執行後，常見的警告型別有：
1）記憶體警告(Memory)
eg：
Objective-C1234567891011121314151617181920212223 -(UIImage*)clipImageWithRect:(CGRect)rect{CGFloatscale=self.scale;CGImageRefclipImageRef=CGImageCreateWithImageInRect(self.CGImage,CGRectMake(rect.origin.x *scale,rect.origin.y *scale,rect.size.width *scale,rect.size.height *scale));CGRectsmallBounds=CGRectMake(0,0,CGImageGetWidth(clipImageRef)/scale,CGImageGetHeight(clipImageRef)/scale);UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(smallBounds.size,YES,scale);CGContextRefcontext=UIGraphicsGetCurrentContext();CGContextTranslateCTM(context,0,smallBounds.size.height);CGContextScaleCTM(context,1.0,-1.0);CGContextDrawImage(context,CGRectMake(0,0,smallBounds.size.width,smallBounds.size.height),clipImageRef);UIImage*clipImage=UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();UIGraphicsEndImageContext();CGImageRelease(clipImageRef);//不新增，記憶體洩漏，會警告：Potential leak of an object stored into 'clipImageRef'returnclipImage;} 分析：Analyzer檢查出來記憶體洩漏，比較常見的就是CG、CF開頭的記憶體洩漏，記憶體申請，忘記釋放了。還有一種是，C申請的記憶體，沒有配對使用new delete， malloc free。
2）無效資料警告（Dead store）
eg：
Objective-C1234567 //錯誤做法，Analyzer分析後會告知：Value stored to ‘dataArray’ during its initialization is never readNSMutableArray*dataArray=[[NSMutableArrayalloc] init];dataArray=_otherDataArray;//正確做法NSMutableArray*dataArray=nil;dataArray=_otherDataArray; 分析： dataArray已經被初始化分配了記憶體，然後被另一個可變陣列賦值，導致一個數據源卻申請了兩塊記憶體，造成了記憶體洩露。
3）邏輯錯誤監測（Logic error）
eg：
Objective-C12345 //錯誤做法，Analyzer分析後會告知：Property of mutable type ’NSMutableArray’ has ‘copy’ attribute,an immutable object will be stored instead@property(nonatomic,copy)NSMutableArray*dataArr;//正確做法@property(nonatomic,strong)NSMutableArray*dataArr; 分析： NSMutableArray是可變資料型別，應該用strong來修飾其物件。
說明： Analyzer由於是編譯器根據程式碼進行的判斷, 做出的判斷不一定會準確, 因此如果遇到提示, 應該去結合程式碼上文檢查一下；還有某些造成記憶體洩漏的迴圈引用通過Analyzer分析不出來。
2-2、排查之記憶體洩漏工具（Leaks）
- Xcode提供的Leak可以幫助發現執行著的程式記憶體洩漏的地方。通過選中Product-> Profile(快捷鍵command+i，喚起Instrument工具介面) -> Leaks。切換到Call Tree模式，底部選中Separate by Thread（按執行緒分開做分析）、Invert Call Tree（反向輸出呼叫樹）、Hide System Libraries（隱藏系統庫檔案）。最後點選紅色按鈕開始“錄製”，效果如下圖：
Leaks除錯介面.png
- 在Leaks除錯介面上，1是Allocations 模板，顯示記憶體分配情況；2是 Leaks 模板，這裡可以檢視記憶體洩露情況。如果紅X出現, 表示有記憶體洩露；主框體區域則會顯示洩露的物件。Call Tree選項介紹如下：
| CALL TREE 中選項 | 說明 |
|---|---|
| Separate by Category | 按型別分類，展開All Heap Allocations這一套顯示的就是不同方法裡堆記憶體的分配情況 |
| Separate by Thread | 按執行緒分開做分析，這樣更容易揪出那些吃資源的問題執行緒。特別是對於主執行緒，它要處理和渲染所有的介面資料，一旦受到阻塞，程式必然卡頓或停止響應。 |
| Invert Call Tree | 反向輸出呼叫樹。把呼叫層級最深的方法顯示在最上面，更容易找到最耗時的操作。 |
| Hide System Libraries | 隱藏系統庫檔案。過濾掉各種系統呼叫，只顯示自己的程式碼呼叫。 |
| Flattern Recursion | 拼合遞迴。將同一遞迴函式產生的多條堆疊（因為遞迴函式會呼叫自己）合併為一條 |
2-3、排查之MLeaksFinder(強烈推薦)
MLeaksFinder是微信閱讀團隊為了簡化記憶體洩漏排查工作，推出的第三方工具，也是我們當前專案中記憶體洩漏的工具之一。
- 特點：整合簡單，主要檢查UI方面（UIView 和 UIViewController）的洩漏。
- 原理：不入侵開發程式碼，通過hook 掉 UIViewController 和 UINavigationController 的 pop 跟 dismiss 方法，檢查ViewController物件被 pop 或 dismiss 一小段時間後，看看該ViewController物件的 view，view 的 subviews 等等是否還存在。
- 實現：為基類 NSObject 新增一個方法 -willDealloc 方法，利用weak指標指向自己，並在一小段時間(3秒)後，再次檢測該weak指標是否有效，有效則記憶體洩漏。
- 整合：通過Cocoapods引入或直接把程式碼拖進專案，很方便。發生記憶體洩漏，會彈出警告框，提示發生記憶體洩漏的位置。
3、程式碼中的注意事項（ARC下的迴圈引用是記憶體洩漏的主要原因）
- 檢查程式碼1 ：Core Foundation、Core Graphics等操作
Core Foundation、CoreGraphics等操作不支援ARC，還需要手動記憶體管理。
建議： 注意CF、CG物件的建立和釋放。
- 檢查程式碼2 ：NSTimer/CADisplayLink的使用，因為NSTimer/CADisplayLink物件的target會強引用self，而self又強引用NSTimer/CADisplayLink物件。
- 檢查程式碼3 ：block使用程式碼。
建議：成對使用weakSelf和strongSelf來打破block迴圈引用（對於self沒有引用的block是不會造成迴圈引用，不需要使用weakSelf和strongSelf）
原理：在block外定義弱引用（weakSelf)，指向的self物件；在block內捕獲的是這個弱引用（weakSelf），保證了self不會被block所持有；在執行block內方法時，生成強引用(strongSelf)，指向了弱引用（weakSelf）所指向的物件(self物件)；在block內部實際是持有了self物件，但是這個強引用(strongSelf) 的生命週期只在這個block執行的過程中，block執行執行完立刻就被釋放了。
四、廢棄記憶體（Abandoned Memory）
1、概述
- 廢棄記憶體（Abandoned Memory）指，依然被引用物件的記憶體，但在程式邏輯中無法再被利用。
- 排查該類問題建議使用Xcode提供的Allocation，Allocation可以跟蹤應用的記憶體分配情況。
2、使用Allocation
- Xcode提供的Allocation由於可以跟蹤應用的記憶體分配情況。開發者反覆操作App，檢視記憶體基線變化；甚至還可以設定Mark Generation來對比多次Generation之間的記憶體增長，這部分的增長就是我們沒有及時釋放的記憶體。通過Product-> Profile(快捷鍵command+i，喚起Instrument工具介面) -> Allocations。最後點選紅色按鈕開始“錄製”，效果如下圖：
Allocation介面Statistics Detail 下顯示.png
- 上圖是Statistics Detail Type下的介面展示，下面是一些名稱的說明：
| DETAIL列名 | 說明 |
|---|---|
| Graph | 型別的選擇項 |
| Category | 型別，或CF物件，或OC物件，或原始塊的記憶體 |
| Persistent Bytes | 未釋放的記憶體和大小 |
| Persistent | 未釋放的物件個數 |
| Transient | 已經釋放的物件個數 |
| Total Bytes | 總使用記憶體大小 |
| Total | 總使用物件個數 |
| Transient / Total Bytes | 已釋放記憶體大小/總使用記憶體大小 |
| ALLOCATION TYPE | 說明 |
|---|---|
| All Heap & Anonymous | 所有堆記憶體和其他記憶體 |
| All Heap Allocations | 所有堆記憶體 |
| All Anonymous VM | 所有其他記憶體 |
- 下圖是切換到Call Tree下的介面展示。
Allocation介面Call Tree下顯示.png
| CALL TREE列名 | 說明 |
|---|---|
| Bytes Used | 已經使用的記憶體大小 |
| Count | 符號使用的總個數 |
| Symbol Name | 符號名稱 |
- 間隔一段時間(如2分鐘)點選“Mark Generation”，判斷幾次之間Generation之間的記憶體增長，而這些增長可能就是未能及時釋放的記憶體：根據記憶體佔用的比例，找到佔用比例最高的那部分，然後找到我們自己的程式碼，再來分析並解決問題。
Allocation介面Mark Generation下顯示.png
3、程式碼中的注意事項
略，與記憶體洩漏部分程式碼中的注意事項相同。