iOS实录14：浅谈iOS Crash（一）

[这是第14篇]

序： iOS Crash问题是iOS开发中难以忽视的存在，本文就捕获iOS Crash、Crash日志组成、Crash日志符号化、异常信息解读、常见的Crash五部分介绍。

一、捕获iOS Crash

1、设置异常断点并运行

设置异常断点.png

说明：设置Xcode异常断点后运行程序，发生Crash时，断点会定位到出错的代码行，但仅适用于开发阶段。线上APP的Crash还需要通过收集Crash机制来捕获Crash并记录在日志中。

2、Mach异常和 Unix信号

iOS Crash发生时，先产生Mach异常(最底层的内核级异常)，然后Mach异常在host层被ux_exception转换为相应的Unix信号，并通过threadsignal将信号投递到出错的线程。
在捕获Crash事件时，优选Mach异常。因为Mach异常处理会先于Unix信号处理发生，如果Mach异常的handler让程序exit了，那么Unix信号就永远不会到达这个进程了。而转换Unix信号是为了兼容更为流行的POSIX标准(SUS规范)，这样就不必了解Mach内核也可以通过Unix信号的方式来兼容开发。
在方案实现时，通过捕获Mach异常+Unix信号组合方式来捕获Crash事件。在选择具体方案时，可以选择PLCrashReporter这样优秀的开源项目，也可以选择友盟、Bugly 这类完善的Crash上报和统计的产品(试项目需求而定)。

3、捕获Crash

并不是所有的Crash都可以捕获到NSException，如果捕获不到，可以使用signal机制来捕获Crash发生时的错误内容。

1) 可以捕获的NSException，通过注册NSUncaughtExceptionHandler捕获异常信息

//注册异常处理函数
NSSetUncaughtExceptionHandler(&uncaught_exception_handler);
//异常处理函数
static void uncaught_exception_handler (NSException *exception) {
  //可以取到 NSException 信息
  //...
  abort();
}

说明： 使用Objective-C的异常处理是不能得到signal的。

2) 无法捕获的NSException，利用Unix标准的signal机制，注册SIGABRT, SIGBUS, SIGSEGV等信号发生时的处理函数。

//注册处理SIGSEGV信号
signal(SIGSEGV,handleSignal); 
// 注册处理其他信号 ....

//信号处理函数
static void handleSignal( int sig ) {

}

二、Crash日志组成

上部分介绍了Crash的捕获，这部分来看看Crash日志的组成。

1、日志内容Demo

日志主要分为六个部分：进程信息、基本信息、异常信息、线程回溯、线程状态和二进制映像。下面是从某APP具体的Crash日志抽出的主要信息，展示如下：

//1、进程信息
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、异常信息
Exception Type: NSInvalidArgumentException(SIGABRT)
Exception Codes: -[NSNull integerValue]: unrecognized selector sent to instance 0x1a9d88ef8 at 0x00000001835c7014
Crashed Thread: 0

//4、线程回溯 （展示发生Crash线程的回溯信息，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、进程状态（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、二进制映像 （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、日志内容组成分析

整个日志内容中，直接和Crash信息相关，最能帮助开发者定位问题部分是： 异常信息 和 线程回溯部分的内容。

1) 进程信息：发生Crash闪退进程的相关信息

Hardware Model : 标识设备类型。如果很多崩溃日志都是来自相同的设备类型，说明应用只在某特定类型的设备上有问题。上面的日志里，崩溃日志产生的设备是iPhone 7 Plus (iPhone 7 Plus 也是2个版本 iPhone9,2 和 iPhone9,4. 硬件代号为 D11AP 和 D111AP. 型号有: A1661, A1784, A1785 和 A1786. )
Process 是应用名称。中括号里面的数字是闪退时应用的进程ID。

2) 基本信息：给出了一些基本信息，包括闪退发生的日期和时间，设备的iOS版本。

3) 异常信息：闪退发生时抛出的异常类型。还能看到异常编码和抛出异常的线程。

//以上面内容中的异常信息为例：
Exception Type: NSInvalidArgumentException(SIGABRT)
Exception Codes: -[NSNull integerValue]: unrecognized selector sent to instance 0x1a9d88ef8 at 0x00000001835c7014
Crashed Thread: 0

Exception Type异常类型：通常包含1.7中的Signal信号和EXC_BAD_ACCESS，NSRangeException等。
Exception Codes：异常编码：
Crashed Thread：发生Crash的线程id

4) 线程回溯：回溯是闪退发生时所有活动帧清单。它包含闪退发生时调用函数的清单。

5) 线程状态：闪退时寄存器中的值。一般不需要这部分的信息，因为回溯部分的信息已经足够让你找出问题所在。

6) 二进制映像：闪退时已经加载的二进制文件。

三、异常信息解读

1、Exception Type（异常类型）

Exception Type：通常包含Signal信号和 EXC_BAD_ACCESS，NSRangeException等。

异常类型	可能的原因	调试方法
EXC_CRASH	unrecognized selector	All Exception Point
EXC_BAD_ACCESS	内存访问错误	NSZombie
SIGSEGV	引用了released对象 / 引用未init的对象 / 数组越界/ 试图往没有写权限的内存地址写数据	NSZombie
SIGABRT	逻辑错误导致的Crash,比如尝试多次释放同一个没存	逻辑检查
SIGPIPE	TCP突然断开，再发送数据	添加signal（SIGPIPE，XX）

具体信号说明参见iOS异常捕获

2、Exception Code（异常编码）

Exception Code：以一些文字开头，紧接着是一个或多个十六进制值。这些数值说明了Crash发生的本质。
从Exception Code中，可以区分出Crash是因为程序错误、非法内存访问还是其他原因。常见的异常编码如下表：

异常编码	描述
0x8badf00d	ate bad food ，表示应用是因为发生watchdog超时而被iOS终止的。通常是应用花费太多时间而无法启动、终止或响应用系统事件。
0xdeadfa11	dead fall，用户强制退出。
0xbaaaaaad	用户按住Home键和音量键，获取当前内存状态，不代表崩溃。
0xbad22222	VoIP 应用因为过于频繁重启而被终止
0xc00010ff	cool off，因为太烫了被干掉
0xdead10cc	dead lock，表明应用因为在后台运行时占用系统资源（如通讯录数据库）
0xbbadbeef	bad beef，发生致命错误

说明1：详细的异常编码代表的含义请参考：Hexspeak

说明2：在后台任务列表中关闭已挂起的应用不会产生崩溃日志。因为应用一旦被挂起，它何时被终止都是合理的。所以不会产生崩溃日志。

四、Crash日志符号化

1、概述

线程回溯部分内容如下：

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

这两条记录包括四列:（以第一条记录为例子）

帧编号—— 5（数字越小，发生时间越晚，发生顺序越往后，越好锁定问题的范围）
二进制库的名称 ——此处是 AppName.
调用方法的地址 ——此处是 0x0000000100205280.
第四列分为两个子列，一个基本地址和一个偏移量。此处是 x0000000100028000 + 1954432, 第一个数字指向文件，第二个数字指向文件中的代码行。

说明1：线程回溯部分并不是我们习惯使用方法名和行数，而是十六进制地址。所以我们在分析Crash前需要将这些十六进制地址转化成方法名称和行数，改过程被称为符号化。

说明2：符号化Crash日志需要获取对应的应用二进制文件以及生成二进制文件时产生的 .dSYM 文件（符号表）。必需完全匹配才行。否则，日志将无法被完全符号化。

说明3： Xcode编译项目后，会得到同名的 dSYM 文件（符号表），dSYM 文件（符号表）是保存 16 进制函数地址映射信息的中转文件，我们调试的 symbols 都会包含在这个文件中，并且每次编译项目的时候都会生成一个新的 dSYM 文件，位于 /Users/<用户名>/Library/Developer/Xcode/Archives 目录下，对于每一个发布版本我们都很有必要保存对应的 Archives 文件。

说明4：符号化可以使用Xcode的两种命令 symbolicatecrash命令 + atos命令

2、symbolicatecrash命令

1）首选找到symbolicatecrash命令的位置

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

2）找到线上版本对应的xcarchive文件。从中找到.dSYM和.app文件

xcarchive所在的路径一般在： /Users/<用户名>/Library/Developer/Xcode/Archives 目录下

3）获取crash日志文件

线上App的Crash日志经由Crash日志收集服务获得(主要来源)。
也可以从真机上获取Crash日志文件。点击Window -> Devices，选择你自己的机器，然后点击View Device Logs，右键可以导出Crash文件。
获取的这些日志文件都需要符号化处理。

4）将symbolicatecrash、.dSYM、.app、crash.crash拷贝到桌面下同一个文件夹下

5）检查 xx.app 和 xx.app.dSYM 文件以及crash 文件这三种的 UUID是否一致。

查看 xx.app 文件的 UUID，terminal 中输入命令：
```
dwarfdump --uuid xx.app/xx (xx代表你的项目名)
```
查看 xx.app.dSYM 文件的 UUID ，在 terminal 中输入命令：
```
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“可定位问题的crash文件”

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

7）根据符号化后的线程回溯信息，可以帮助定位出问题的代码行。

说明：如果执行symbolicatecrash命令出现 Error: "DEVELOPER_DIR" is not defined at ./symbolicatecrash...这样的错误，可以在执行命令前，输入export DEVELOPER_DIR="/Applications/XCode.app/Contents/Developer"

3、atos命令

在符号化时候，还可以使用atos命令。发现armv7处理器上的crash使用symbolicatecrash无法符号化。

1）将.dSYM、.app、crash.crash放到同一个文件夹下。

2）知道crash文件的UUID：执行grep "AppName arm" *crash，得到结果

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是加载地址(loadingAddress), 而arm64、armv7 是 architecture 的值(architectureValue)，这两个值后面都要用。

3）然后执行atos命令,输入成功，进入待输入状态

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

4）此时输入App对应的Crash地址，得到发生crash的信息。

实例1：

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

实例2：

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

五、常见的Crash

有一些Crash比较常见，下面罗列出5种常见的Crash。

1、数组操作

场景1：取数据索引越界。一般发生在UITableView的使用中，因为cellForRowAtIndexPath代理方法是异步执行的，UITableView对象的dataSource一旦在加载数据过程中发生变化，极有可能发生数组越界的异常。在多线程场景下，列表界面的数据有可能经常变化，很可能发生；当列表界面数据不怎么变化的时候，几乎感知不到这种异常的存在。

解决办法：从数组中取数据前，校验索引是否正确。
```
 @implementation NSMutableArray (Safe)

 - (id)safeObjectAtIndex:(NSUInteger)index{

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

 @end
```
场景2：数组添加数据对象时nil

解决办法：添加对象到数组前，判断是否是nil

说明：数组的删除等操作处理类似，数组操作前要进行数据校验。

2、多线程下的Crash

一般多线程发生的Crash，会收到SIGSEGV信号，表明试图访问未分配给自己的内存, 或试图往没有写权限的内存地址写数据。

场景1：子线程中更新UI

解决办法：将UI更新操作放在主线程中，可以使用performSelectorOnMainThread 或 GCD

  //子线程中，使用宏将更新UI的任务派发到主队列
  #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)

场景2：多线程中创建单例

解决办法：使用dispatch_once，保证代码只执行一次，保证线程安全。

  //以QSAccountManager单例为例
  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;
  }

场景3：多线程下非线程安全类的使用，如NSMutableArray、NSMutableDictionary

解决办法：使用派发队列或锁保证数据读写安全。具体实现详见 iOS实录12：NSMutableArray使用中忽视的问题中第一部分。
场景4：数据缓存到磁盘和读取。

解决办法：使用派发队列或锁保证数据读写安全。如将数据的读取和写异步放入串行同步队列，保证数据同步，线程安全。

3、WatchDog 超时造成的Crash

一般异常编码是0x8badf00d ，表示应用是因为发生watchdog超时而被iOS终止的。通常是应用花费太多时间而无法启动、终止或响应用系统事件。
场景1：主线程中执行耗时的操作，导致主线程被卡超过一定的时间。

解决办法：主线程中只负责UI的更新和响应，将耗时的操作采用异步的方式放到后台线程执行。耗时操作包括：网络请求，数据库读写等。

4、performSelector:withObject:afterDelay下的Crash

场景1：对象释放比performSelector:afterDelay要早

解决办法：在对应类的dealloc中执行cancelPreviousPerformRequestsWithTarget取消执行。

5、SIGPIPE导致的程序退出

当服务器close一个连接时，若client端接着发数据。根据TCP协议的规定，会收到一个RST响应，client再往这个服务器发送数据时，系统会发出一个SIGPIPE信号给进程，告诉进程这个连接已经断开了，不要再写了。而根据信号的默认处理规则，SIGPIPE信号的默认执行动作是terminate(终止、退出),所以client会退出。
场景：长连接socket或重定向管道进入后台，没有关闭

解决办法1：切换到后台时，关闭长连接和管道，回到前台再重建；

解决办法2：使用signal(SIGPIPE,SIG_IGN)，将SIGPIPE交给了系统处理。这么做将SIGPIPE设为SIG_IGN，使得客户端不执行默认动作，即不退出。

End

参考文章

iOS异常捕获
 iOS应用崩溃日志分析
 漫谈 iOS Crash 收集框架
 分析iOS Crash文件：符号化iOS Crash文件的3种方法
 iOS中使用PLCrashReporter收集Crash
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