iOS實錄14：淺談iOS Crash（一）

[這是第14篇]

序： iOS Crash問題是iOS開發中難以忽視的存在，本文就捕獲iOS Crash、Crash日志組成、Crash日志符號化、異常信息解讀、常見的Crash五部分介紹。

一、捕獲iOS Crash

1、設置異常斷點并運行
設置異常斷點.png

說明：設置Xcode異常斷點后運行程序，發生Crash時，斷點會定位到出錯的代碼行，但僅適用于開發階段。線上APP的Crash還需要通過收集Crash機制來捕獲Crash并記錄在日志中。

2、Mach異常 、Unix Signal 和 NSException

1) Mach異常是最底層的內核級異常，如EXC_BAD_ACCESS（內存訪問異常)，可以參考 Mach的exception_types定義

2) Unix Signal是Unix系統中的一種異步通知機制，Mach異常在host層被ux_exception轉換為相應的Unix Signal，并通過threadsignal將信號投遞到出錯的線程。如SIGABRT(程序中止命令中止信號)、 SIGALRM（程序超時信號)，具體信號枚舉在iOS的sys/signal.h文件中。 它們可以利用Unix標準的signal機制來處理。

3) NSException是OC層，由iOS庫或者各種第三方庫或Runtime驗證出錯誤而拋出的異常。如NSRangeException（數組越界異常），它們可以被try catch捕獲（蘋果不建議用），如果未被捕獲或被@throw拋出，可以通過注冊NSSetUncaughtExceptionHandler函數來捕獲處理。

4) 當錯誤發生時候，先在最底層產生Mach異常；Mach異常在host層被轉換為相應的Unix Signal; 在OC層如果有對應的NSException（OC異常），就轉換成OC異常，OC異?？梢栽贠C層得到處理；如果OC異常一直得不到處理，程序會強行發送SIGABRT信號中斷程序。在OC層如果沒有對應的NSException，就只能讓Unix標準的signal機制來處理了。

5) 在捕獲Crash事件時，優選Mach異常。因為Mach異常處理會先于Unix信號處理發生，如果Mach異常的handler讓程序exit了，那么Unix信號就永遠不會到達這個進程了。而轉換Unix信號是為了兼容更為流行的POSIX標準(SUS規范)，這樣就不必了解Mach內核也可以通過Unix信號的方式來兼容開發。

6) 在方案實現時，通過捕獲Mach異常+Unix信號組合方式來捕獲Crash事件。在選擇具體方案時，可以選擇PLCrashReporter這樣優秀的開源項目，也可以選擇友盟、Bugly 這類完善的Crash上報和統計的產品(試項目需求而定)。

3、捕獲Crash

NSException是OC層的異常。 在OC中雖然可以通過try catch捕獲NSException，阻止其繼續往外拋而導致Crash，但是蘋果不建議這么做。不使用try catch，就意味著放棄捕獲OC層的異常。最后只能注冊NSSetUncaughtExceptionHandler這個函數來捕獲，記錄異常信息，幫助解決問題。

1) OC層中未被捕獲的異常，通過注冊NSUncaughtExceptionHandler捕獲異常信息

//注冊異常處理函數
NSSetUncaughtExceptionHandler(&uncaught_exception_handler);
//異常處理函數
static void uncaught_exception_handler (NSException *exception) {
  //可以取到 NSException 信息
  //...
  abort();
}

2) OC中層不能轉換的Mach異常，利用Unix標準的signal機制，注冊SIGABRT, SIGBUS, SIGSEGV等信號發生時的處理函數。

//注冊處理SIGSEGV信號
signal(SIGSEGV,handleSignal); 
// 注冊處理其他信號 ....

//信號處理函數
static void handleSignal( int sig ) {

}

二、Crash日志組成

上部分介紹了Crash的捕獲，這部分來看看Crash日志的組成。

1、日志內容Demo#####

日志主要分為六個部分：進程信息、基本信息、異常信息、線程回溯、線程狀態和二進制映像。下面是從某APP具體的Crash日志抽出的主要信息，展示如下：

//1、進程信息
Hardware Model: iPhone9,2
Process: AppName [3580]
Path: /var/containers/Bundle/Application/C7B90C8A-E269-4413-A011-552971D1ED39/AppName.app
Identifier: xxxx.xxx.xxxx.xxx
Version: xx.xx
Code Type: ARM-64 (Native)
Parent Process:  [1]

//2、基本信息
Date/Time: 2017-05-22 03:05:06.743 +0800
OS Version: iPhone OS 10.2.1 (14D27)

//3、異常信息
Exception Type: NSInvalidArgumentException(SIGABRT)
Exception Codes: -[NSNull integerValue]: unrecognized selector sent to instance 0x1a9d88ef8 at 0x00000001835c7014
Crashed Thread: 0

//4、線程回溯 （展示發生Crash線程的回溯信息，其他略）
Thread 0 Crashed: 
0  libsystem_kernel.dylib         0x00000001835c7014 __pthread_kill + 4
1  libsystem_c.dylib              0x000000018353b400 abort + 140
2  AppName                         0x0000000100a26704 0x0000000100028000 + 10479360
3  CoreFoundation                 0x00000001845f9538 ___handleUncaughtException +  644
2  CoreFoundation                 0x0000000184600268 ___methodDescriptionForSelector
3  CoreFoundation                 0x00000001845fd270 ____forwarding___ +  916
4  CoreFoundation                 0x00000001844f680c _CF_forwarding_prep_0 + 80
5  AppName                         0x0000000100205280 0x0000000100028000 + 1954432
6  AppName                         0x00000001002ae59c 0x0000000100028000 + 2647440
7  AppName                         0x0000000100482944 0x0000000100028000 + 4565312
16 CoreFoundation                 0x00000001845a6810 ___CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__ +  12
     +  12
17 CoreFoundation                 0x00000001845a43fc ___CFRunLoopRun +  1660
18 CoreFoundation                 0x00000001844d22b8 CFRunLoopRunSpecific + 436

//5、進程狀態（展示部分）
Thread 0 crashed with ARM 64 Thread State:
     x0:  000000000000000000    x1: 000000000000000000    x2: 000000000000000000     x3: 0xffffffffffffffff
     x4:  0x0000000000000010    x5: 0x0000000000000020    x6: 000000000000000000     x7: 000000000000000000
     x8:  0x0000000008000000    x9: 0x0000000004000000   x10: 000000000000000000    x11: 0x00000001ac336c83
    x12: 0x00000001ac336c83    x13: 0x0000000000000018   x14: 0x0000000000000001    x15: 0x0000000000000881
    x16: 0x0000000000000148    x17: 000000000000000000   x18: 000000000000000000    x19: 0x0000000000000006

//6、二進制映像 （展示部分）
Binary Images:
0x100028000 - 0x1011dbfff +AppName arm64 <ff7a4009322b386ea3e8e9a3fde05be4> /var/containers/Bundle/Application/C7B90C8A-E269-4413-A011-552971D1ED39/AppName.app/AppName
0x18368a000 - 0x183693fff  libsystem_pthread.dylib arm64 <258dc0c51499393bba7ba3e83dc5bfbb> /usr/lib/system/libsystem_pthread.dylib
0x1835a8000 - 0x1835ccfff  libsystem_kernel.dylib arm64 <1baa3f5629c43467879d4cf463a20b06> /usr/lib/system/libsystem_kernel.dylib
0x1834b1000 - 0x1834b5fff  libdyld.dylib arm64 <db54f120486a3710a684ce8bb1cb9d71> /usr/lib/system/libdyld.dylib
0x1834d8000 - 0x183556fff  libsystem_c.dylib arm64 <8a5a190d70563f3c8d4ce16cab74f599> /usr/lib/system/libsystem_c.dylib
0x183481000 - 0x1834b0fff  libdispatch.dylib arm64 <fb1d0baf642337d1bea0af309586df97> /usr/lib/system/libdispatch.dylib
0x183028000 - 0x183401fff  libobjc.A.dylib arm64 <538f809dcd7c35ceb59d99802248f045> /usr/lib/libobjc.A.dylib
2、日志內容組成分析#####

整個日志內容中，直接和Crash信息相關，最能幫助開發者定位問題部分是： 異常信息 和 線程回溯部分的內容。

1) 進程信息：發生Crash閃退進程的相關信息

  • Hardware Model : 標識設備類型。 如果很多崩潰日志都是來自相同的設備類型，說明應用只在某特定類型的設備上有問題。上面的日志里，崩潰日志產生的設備是iPhone 7 Plus (iPhone 7 Plus 也是2個版本 iPhone9,2 和 iPhone9,4. 硬件代號為 D11AP 和 D111AP. 型號有: A1661, A1784, A1785 和 A1786. )

  • Process 是應用名稱。中括號里面的數字是閃退時應用的進程ID。

2) 基本信息：給出了一些基本信息，包括閃退發生的日期和時間，設備的iOS版本。

3) 異常信息：閃退發生時拋出的異常類型。還能看到異常編碼和拋出異常的線程。

//以上面內容中的異常信息為例：
Exception Type: NSInvalidArgumentException(SIGABRT)
Exception Codes: -[NSNull integerValue]: unrecognized selector sent to instance 0x1a9d88ef8 at 0x00000001835c7014
Crashed Thread: 0
  • Exception Type異常類型：通常包含1.7中的Signal信號和EXC_BAD_ACCESS，NSRangeException等。
  • Exception Codes：異常編碼：
  • Crashed Thread：發生Crash的線程id

4) 線程回溯：回溯是閃退發生時所有活動幀清單。它包含閃退發生時調用函數的清單。

5) 線程狀態：閃退時寄存器中的值。一般不需要這部分的信息，因為回溯部分的信息已經足夠讓你找出問題所在。

6) 二進制映像：閃退時已經加載的二進制文件。

三、異常信息解讀####

1、Exception Type（異常類型）#####
  • Exception Type：通常包含Signal信號 和 EXC_BAD_ACCESS，NSRangeException等。

|異常類型 | 可能的原因| 調試方法|
|--|--|
| EXC_CRASH | unrecognized selector | All Exception Point |
| EXC_BAD_ACCESS| 內存訪問錯誤 | NSZombie|
| SIGSEGV | 引用了released對象 / 引用未init的對象 / 數組越界/ 試圖往沒有寫權限的內存地址寫數據 |NSZombie|
| SIGABRT| 邏輯錯誤導致的Crash,比如嘗試多次釋放同一個沒存| 邏輯檢查 |
| SIGPIPE | TCP突然斷開，再發送數據| 添加signal（SIGPIPE，XX）|

具體信號說明參見iOS異常捕獲

2、Exception Code（異常編碼）#####

  • Exception Code：以一些文字開頭，緊接著是一個或多個十六進制值。這些數值說明了Crash發生的本質。

  • 從Exception Code中，可以區分出Crash是因為程序錯誤、非法內存訪問還是其他原因。常見的異常編碼如下表：

異常編碼 描述
0x8badf00d ate bad food ，表示應用是因為發生watchdog超時而被iOS終止的。通常是應用花費太多時間而無法啟動、終止或響應用系統事件。
0xdeadfa11 dead fall，用戶強制退出。
0xbaaaaaad 用戶按住Home鍵和音量鍵，獲取當前內存狀態，不代表崩潰。
0xbad22222 VoIP 應用因為過于頻繁重啟而被終止
0xc00010ff cool off，因為太燙了被干掉
0xdead10cc dead lock，表明應用因為在后臺運行時占用系統資源（如通訊錄數據庫）
0xbbadbeef bad beef，發生致命錯誤

說明1：詳細的異常編碼代表的含義請參考：Hexspeak

說明2：在后臺任務列表中關閉已掛起的應用不會產生崩潰日志。 因為應用一旦被掛起，它何時被終止都是合理的。所以不會產生崩潰日志。

四、Crash日志符號化

1、概述#####

線程回溯部分內容如下：

5  AppName                         0x0000000100205280 0x0000000100028000 + 1954432
6  AppName                         0x00000001002ae59c 0x0000000100028000 + 2647440

這兩條記錄包括四列:（以第一條記錄為例子）

  • 幀編號—— 5（數字越小，發生時間越晚，發生順序越往后，越好鎖定問題的范圍）
  • 二進制庫的名稱 ——此處是 AppName.
  • 調用方法的地址 ——此處是 0x0000000100205280.
  • 第四列分為兩個子列，一個基本地址和一個偏移量。此處是 x0000000100028000 + 1954432, 第一個數字指向文件，第二個數字指向文件中的代碼行。

說明1：線程回溯部分并不是我們習慣使用方法名和行數，而是十六進制地址。所以我們在分析Crash前需要將這些十六進制地址轉化成方法名稱和行數，改過程被稱為符號化。

說明2：符號化Crash日志需要獲取對應的應用二進制文件以及生成二進制文件時產生的 .dSYM 文件（符號表）。必需完全匹配才行。否則，日志將無法被完全符號化。

說明3： Xcode編譯項目后，會得到同名的 dSYM 文件（符號表），dSYM 文件（符號表）是保存 16 進制函數地址映射信息的中轉文件，我們調試的 symbols 都會包含在這個文件中，并且每次編譯項目的時候都會生成一個新的 dSYM 文件，位于 /Users/<用戶名>/Library/Developer/Xcode/Archives 目錄下，對于每一個發布版本我們都很有必要保存對應的 Archives 文件。

說明4：符號化可以使用Xcode的兩種命令 symbolicatecrash命令 + ** atos命令 **

2、symbolicatecrash命令#####

1）首選找到symbolicatecrash命令的位置

  find /Applications -name symbolicatecrash -type f  
  //我的本機命令的位置：/Applications/Xcode.app/Contents/SharedFrameworks/DVTFoundation.framework/Versions/A/Resources/symbolicatecrash

2）找到線上版本對應的xcarchive文件。從中找到.dSYM和.app文件

xcarchive所在的路徑一般在： /Users/<用戶名>/Library/Developer/Xcode/Archives 目錄下

3）獲取crash日志文件

  • 線上App的Crash日志經由Crash日志收集服務獲得(主要來源)。

  • 也可以從真機上獲取Crash日志文件。點擊Window -> Devices，選擇你自己的機器，然后點擊View Device Logs，右鍵可以導出Crash文件。

  • 獲取的這些日志文件都需要符號化處理。

4）將symbolicatecrash、.dSYM、.app、crash.crash拷貝到桌面下同一個文件夾下

5）檢查 xx.app 和 xx.app.dSYM 文件以及crash 文件這三種的 UUID是否一致。

  • 查看 xx.app 文件的 UUID，terminal 中輸入命令 ：

    dwarfdump --uuid xx.app/xx (xx代表你的項目名)

  • 查看 xx.app.dSYM 文件的 UUID ，在 terminal 中輸入命令：

    dwarfdump --uuid xx.app.dSYM

  • 查看crash 日志中的Incident Identifier （crash 文件的 UUID）

6）使用命令，生成“可定位問題的crash文件”

//symbolreportXXX.crash就是符號化后的文件
./symbolicatecrash crashXXX.crash appName.app.dSYM > symbolreportXXX.crash

7） 根據符號化后的線程回溯信息，可以幫助定位出問題的代碼行。

說明：如果執行symbolicatecrash命令出現 Error: "DEVELOPER_DIR" is not defined at ./symbolicatecrash...這樣的錯誤，可以在執行命令前，輸入export DEVELOPER_DIR="/Applications/XCode.app/Contents/Developer"

3、atos命令#####

在符號化時候，還可以使用atos命令。發現armv7處理器上的crash使用symbolicatecrash無法符號化。

1）將.dSYM、.app、crash.crash放到同一個文件夾下。

2） 知道crash文件的UUID：執行grep "AppName arm" *crash，得到結果

crash1.crash:0x100040000 - 0x100e23fff +AppName arm64 <ba0e190dcd1b37349e1362be7e9b7e62> /var/containers/Bundle/Application/55A4D641-847F-4D24-86E1-129B28461858/AppName.app/AppName
crash2.crash:0x100060000 - 0x100e43fff +AppName arm64 <ba0e190dcd1b37349e1362be7e9b7e62> /var/containers/Bundle/Application/3229ED68-8D19-406D-A3F5-EC0310C9DB7C/QAppName.app/AppName
crash3.crash:    0x5000 -   0xce8fff +AppName armv7 <7d62327effef37d384658020625a9944> /var/containers/Bundle/Application/C6BE271D-2EAC-42C0-8E72-4523F88C76B2/AppName.app/AppName

其中0x100040000、0x100060000、0x5000是加載地址(loadingAddress), 而arm64、armv7 是 architecture 的值(architectureValue)，這兩個值后面都要用。

3）然后執行atos命令,輸入成功，進入待輸入狀態

xcrun atos -o appName.app.dSYM/Contents/Resources/DWARF/appName -l loadingAddress -arch architectureValue

4） 此時輸入App對應的Crash地址，得到發生crash的信息。

實例1：

    grep "AppName arm" *crash
    xcrun atos -o AppName.app.dSYM/Contents/Resources/DWARF/AppName -l 0x100040000 -arch arm64

實例2：

    grep "AppName arm" *crash
    xcrun atos -o AppName.app.dSYM/Contents/Resources/DWARF/AppName -l 0x5000 -arch armv7

五、常見的Crash####

有一些Crash比較常見，下面羅列出5種常見的Crash。

1、數組操作
  • 場景1：取數據索引越界。一般發生在UITableView的使用中，因為cellForRowAtIndexPath代理方法是異步執行的，UITableView對象的dataSource一旦在加載數據過程中發生變化，極有可能發生數組越界的異常。在多線程場景下，列表界面的數據有可能經常變化，很可能發生；當列表界面數據不怎么變化的時候，幾乎感知不到這種異常的存在。

解決辦法：從數組中取數據前，校驗索引是否正確。

    @implementation NSMutableArray (Safe)

    - (id)safeObjectAtIndex:(NSUInteger)index{

        if (index < self.count){
            return [self objectAtIndex:index];
        }else{
            NSLog(@"警告:數組越界!!!");
        }    
        return nil;
    }

    @end
  • 場景2：數組添加數據對象時nil

解決辦法：添加對象到數組前，判斷是否是nil

說明：數組的刪除等操作處理類似，數組操作前要進行數據校驗。

2、多線程下的Crash#####

  • 一般多線程發生的Crash，會收到SIGSEGV信號，表明試圖訪問未分配給自己的內存, 或試圖往沒有寫權限的內存地址寫數據。

  • 場景1：子線程中更新UI

解決辦法：將UI更新操作放在主線程中，可以使用performSelectorOnMainThread 或 GCD

    //子線程中，使用宏將更新UI的任務派發到主隊列
    #define dispatch_main_sync_safe(block) \
    if ([NSThread isMainThread]) { \
       block(); \
    } else { \
        dispatch_sync(dispatch_get_main_queue(), block); \
    }

    #define dispatch_async_main(block)              dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), block)

  • 場景2：多線程中創建單例

    解決辦法：使用dispatch_once，保證代碼只執行一次，保證線程安全。

      //以QSAccountManager單例為例
  static QSAccountManager *_shareManager = nil;
  + (instancetype)shareManager{

      static dispatch_once_t once;
      dispatch_once(&once, ^{
          _shareManager = [[self alloc] init];
      });
      return _shareManager;
  }

  + (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone{

      static dispatch_once_t onceToken;
      dispatch_once(&onceToken, ^{
          _shareManager = [super allocWithZone:zone];
      });
      return _shareManager;
  }

 - (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone{
      return _shareManager;
  }

  • 場景3：多線程下非線程安全類的使用，如NSMutableArray、NSMutableDictionary

    解決辦法：使用派發隊列或鎖保證數據讀寫安全。具體實現詳見 iOS實錄12：NSMutableArray使用中忽視的問題中第一部分。

  • 場景4：數據緩存到磁盤和讀取。

    解決辦法：使用派發隊列或鎖保證數據讀寫安全。如將數據的讀取和寫異步放入串行同步隊列，保證數據同步，線程安全。

3、WatchDog 超時造成的Crash

  • 一般異常編碼是0x8badf00d ，表示應用是因為發生watchdog超時而被iOS終止的。通常是應用花費太多時間而無法啟動、終止或響應用系統事件。

  • 場景1：主線程中執行耗時的操作，導致主線程被卡超過一定的時間。

    解決辦法：主線程中只負責UI的更新和響應，將耗時的操作采用異步的方式放到后臺線程執行。耗時操作包括：網絡請求，數據庫讀寫等。

4、performSelector:withObject:afterDelay下的Crash

  • 場景1：對象釋放比performSelector:afterDelay要早

    解決辦法：在對應類的dealloc中執行cancelPreviousPerformRequestsWithTarget取消執行。

5、SIGPIPE導致的程序退出

  • 當服務器close一個連接時，若client端接著發數據。根據TCP協議的規定，會收到一個RST響應，client再往這個服務器發送數據時，系統會發出一個SIGPIPE信號給進程，告訴進程這個連接已經斷開了，不要再寫了。而根據信號的默認處理規則，SIGPIPE信號的默認執行動作是terminate(終止、退出),所以client會退出。

  • 場景：長連接socket或重定向管道進入后臺，沒有關閉

    解決辦法1：切換到后臺時，關閉長連接和管道，回到前臺再重建；

    解決辦法2：使用signal(SIGPIPE,SIG_IGN)，將SIGPIPE交給了系統處理。這么做將SIGPIPE設為SIG_IGN，使得客戶端不執行默認動作，即不退出。

End

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