iOS中常见 Crash 及解决方案

一、访问了一个已经被释放的对象

在不使用 ARC 的时候,内存要自己管理,这时重复或过早释放都有可能导致 Crash。

例子

原因

aObj 这个对象已经被释放,但是指针没有置空,这时访问这个指针指向的内存就会 Crash。

解决办法

  • 使用前要判断非空,释放后要置空。正确的释放应该是:

    由于ObjC的特性,调用 nil 指针的任何方法相当于无作用,所以即使有人在使用这个指针时没有判断至少还不会挂掉。

    在ObjC里面,一切基于 NSObject 的对象都使用指针来进行调用,所以在无法保证该指针一定有值的情况下,要先判断指针非空再进行调用。

    常见的如判断一个字符串是否为空:

  • 适当使用 autorelease。有些时候不能知道自己创建的对象什么时候要进行释放,可以使用 autoRelease,但是不鼓励使用。因为 autoRelease 的对象要等到最近的一个 autoReleasePool 销毁的时候才会销毁,如果自己知道什么时候会用完这个对象,当然立即释放效率要更高。如果一定要用 autoRelease 来创建大量对象或者大数据对象,最好自己显式地创建一个 autoReleasePool,在使用后手动销毁。以前要自己手动初始化 autoReleasePool,现在可以用以下写法:

二、访问数组类对象越界或插入了空对象

NSMutableArray/NSMutableDictionary/NSMutableSet 等类下标越界,或者 insert 了一个 nil 对象。

原因

一个固定数组有一块连续内存,数组指针指向内存首地址,靠下标来计算元素地址,如果下标越界则指针偏移出这块内存,会访问到野数据,ObjC 为了安全就直接让程序 Crash 了。

而 nil 对象在数组类的 init 方法里面是表示数组的结束,所以使用 addObject 方法来插入对象就会使程序挂掉。如果实在要在数组里面加入一个空对象,那就使用 NSNull

解决办法

使用数组时注意判断下标是否越界,插入对象前先判断该对象是否为空。

可以使用 Cocoa 的 Category 特性直接扩展 NSMutable 类的 Add/Insert 方法。比如:

这样,以后在工程里面使用 NSMutableArray 就可以直接使用 safeAddObject 方法来规避 Crash。

三、访问了不存在的方法

ObjC 的方法调用跟 C++ 很不一样。 C++ 在编译的时候就已经绑定了类和方法,一个类不可能调用一个不存在的方法,否则就报编译错误。而 ObjC 则是在 runtime 的时候才去查找应该调用哪一个方法。

这两种实现各有优劣,C++ 的绑定使得调用方法的时候速度很快,但是只能通过 virtual 关键字来实现有限的动态绑定。而对 ObjC 来说,事实上他的实现是一种消息传递而不是方法调用。

这样的语句应该理解为,像 aObj 对象发送一个叫做 aMethod 的消息,aObj 对象接收到这个消息之后,自己去查找是否能调用对应的方法,找不到则上父类找,再找不到就 Crash。由于 ObjC 的这种特性,使得其消息不单可以实现方法调用,还能紧系转发,对一个 obj 传递一个 selector 要求调用某方法,他可以直接不理会,转发给别的 obj 让别的 obj 来响应,非常灵活。

例子

调用一个不存在的方法,可以编译通过,运行时直接挂掉,报 NSInvalidArgumentException 异常:

解决方案

像这种类型的错误通常出现在使用 delegate 的时候,因为 delegate 通常是一个 id 泛型,所以 IDE 也不会报警告,所以这种时候要用 respondsToSelector 方法先判断一下,然后再进行调用。

四、字节对齐

可能由于强制类型转换或者强制写内存等操作,CPU 执行 STMIA 指令时发现写入的内存地址不是自然边界,就会硬件报错挂掉。iPhone 5s 的 CPU 从32位变成64位,有可能会出现一些字节对齐的问题导致 Crash 率升高的。

例子

像上面这段代码,执行到

这句的时候,报了 EXC_BAD_ACCESS(code=EXC_ARM_DA_ALIGN) 错误。

原因

要了解字节对齐错误还需要一点点背景知识,知道的童鞋可以略过直接看后面了。


背景知识

计算机最小数据单位是bit(位),也就是0或1。

而内存空间最小单元是byte(字节),一个byte为8个bit。

内存地址空间以byte划分,所以理论上访问内存地址可以从任意byte开始,但是事实上我们不是直接访问硬件地址,而是通过操作系统的虚拟内存地址来访问,虚拟内存地址是以字为单位的。一个32位机器的字长就是32位,所以32位机器一次访问内存大小就是4个byte。再者为了性能考虑,数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。

举一个栗子:

上面这个结构体,在32位机器上,char 长度为8位,占一个byte,short 占2个byte, int 4个byte。
如果内存地址从 0 开始,那么理论上顺序分配的地址应该是:

但是事实上编译后,这些变量的地址是这样的:

这就是 aChar1 和 aChar2 都被做了内存对齐优化,都变成 2 byte 了。


解决办法

  • 使用 memcpy 来作内存拷贝,而不是直接对指针赋值。对上面的例子作修改就是:

    改用 memcpy 之后运行就不会有问题了,这是因为 memcpy 自己的实现就已经做了字节对齐的优化了。我们来看glibc2.5中的memcpy的源码:

    分析这个函数,首先比较一下需要拷贝的内存块大小,如果小于 OP_T_THRES (这里定义为 16),则直接字节拷贝就完了,如果大于这个值,视为大内存块拷贝,采用优化算法。

    OPSIZE 是 op_t 的长度,op_t 是字的类型,所以这里 OPSIZE 是获取当前平台的字长。
    dstp 是内存地址,内存地址是按byte来算的,对内存地址 unsigned long 取负数再模 OPSIZE 得到需要对齐的那部分数据的长度,然后用字节拷贝做内存对齐。取负数是因为要以dstp的地址作为起点来进行复制,如果直接取模那就变成0作为起点去做运算了。
    对 BYTE_COPY_FWD 这个宏的源码有兴趣的同学可以看看这篇:BYTE_COPY_FWD 源码解析(感谢 @raincai 同学提醒)

    这样对齐了之后,再做大数据量部分的拷贝:

    看这个宏的源码,尽可能多地作页拷贝,剩下的大小会写入len变量。

    PAGE_COPY_FWD 的宏定义:

    页拷贝剩余部分,再做一下字拷贝:

    再再最后就是剩下的一点数据量了,直接字节拷贝结束。memcpy 可以用来解决内存对齐问题,同时对于大数据量的内存拷贝,使用 memcpy 效率要高很多,就因为做了页拷贝和字拷贝的优化。

  • 或者尽量避免这种内存不对齐的情况,像这个例子,只要把 +2 改成 +4,内存就对齐了。当然具体还得看逻辑实现的需要。

References

ARM Hacking: EXC_ARM_DA_ALIGN exception

GlibC 2.18 memcpy source code

五、堆栈溢出

一般情况下应用程序是不需要考虑堆和栈的大小的,总是当作足够大来使用就能满足一般业务开发。但是事实上堆和栈都不是无上限的,过多的递归会导致栈溢出,过多的 alloc 变量会导致堆溢出。

例子

不得不说 Cocoa 的内存管理优化做得挺好的,单纯用 C++ 在 Mac 下编译后执行以下代码,递归 174671 次后挂掉:

而在 iOS 上执行以下代码则怎么也不会挂,连 memory warning 都没有:

而且如果 malloc 的大小改成比 1024 大的如 10240,其内存占用的增长要远慢于 1024。这大概要归功于 Cocoa 的 Flyweight 设计模式,不过暂时还没能真的理解到其优化原理,猜测可能是虽然内存空间申请了但是一直没用到,针对这种循环 alloc 的场景,做了记录,等到用到内存空间了才真正给出空间。

原理

iOS 内存布局如下图所示:

wkiojlgv36absxg6aaa81umwszg349

在应用程序分配的内存空间里面,最低地址位是固定的代码段和数据段,往上是堆,用来存放全局变量,对于 ObjC 来说,就是 alloc 出来的变量,都会放进这里,堆不够用的时候就会往上申请空间。最顶部高地址位是栈,局部的基本类型变量都会放进栈里。 ObjC 的对象都是以指针进行操控的,局部变量的指针都在栈里,全局的变量在堆里,而无论是什么指针,alloc 出来的都在堆里,所以 alloc 出来的变量一定要记得 release。

对于 autorelease 变量来说,每个函数有一个对应的 autorelease pool,函数出栈的时候 pool 被销毁,同时调用这个 pool 里面变量的 dealloc 函数来实现其内部 alloc 出来的变量的释放。

六、多线程并发操作

这个应该是全平台都会遇到的问题了。当某个对象会被多个线程修改的时候,有可能一个线程访问这个对象的时候另一个线程已经把它删掉了,导致 Crash。比较常见的是在网络任务队列里面,主线程往队列里面加入任务,网络线程同时进行删除操作导致挂掉。

例子

这个真要写比较完整的并发操作的例子就有点复杂了。

解决方法

  • 加锁
    • NSLock普通的锁,加锁的时候 lock,解锁调用 unlock。

      可以使用标记符 @synchronized 简化代码:
    • NSRecursiveLock 递归锁使用普通的 NSLock 如果在递归的情况下或者重复加锁的情况下,自己跟自己抢资源导致死锁。Cocoa 提供了 NSRecursiveLock 锁可以多次加锁而不会死锁,只要 unlock 次数跟 lock 次数一样就行了。
    • NSConditionLock 条件锁多数情况下锁是不需要关心什么条件下 unlock 的,要用的时候锁上,用完了就 unlock 就完了。Cocoa 提供这种条件锁,可以在满足某种条件下才解锁。这个锁的 lock 和 unlock, lockWhenCondition 是随意组合的,可以不用对应起来。
    • NSDistributedLock 分布式锁这是用在多进程之间共享资源的锁,对 iOS 来说暂时没用处。
  • 无锁
    放弃加锁,采用原子操作,编写无锁队列解决多线程同步的问题。酷壳有篇介绍无锁队列的文章可以参考一下:无锁队列的实现
  • 使用其他备选方案代替多线程:Operation Objects, GCD, Idle-time notifications, Asynchronous functions, Timers, Separate processes。

References

Threading Programming Guide

七、Repeating NSTimer

如果一个 Timer 是不停 repeat,那么释放之前就应该先 invalidate。非repeat的timer在fired的时候会自动调用invalidate,但是repeat的不会。这时如果释放了timer,而timer其实还会回调,回调的时候找不到对象就会挂掉。

原因

NSTimer 是通过 RunLoop 来实现定时调用的,当你创建一个 Timer 的时候,RunLoop 会持有这个 Timer 的强引用,如果你创建了一个 repeating timer,在下一次回调前就把这个 timer release了,那么 runloop 回调的时候就会找不到对象而 Crash。

解决方案

我写了个宏用来释放Timer

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