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iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

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[这是第15篇]

导语：在当前的iOS开发中，虽然ARC为开发者解决了手动内存管理时代的许多麻烦，但是内存方面的问题依然是产生iOS Crash的元凶之一，本文介绍内存方面，有关僵尸对象、野指针、内存泄漏、废弃内存这四类问题的调试方法和代码中的注意事项。

一、僵尸对象（Zombie Objects）

1、概述

僵尸对象：已经被释放掉的对象。一般来说，访问已经释放的对象或向它发消息会引起错误。因为指针指向的内存块认为你无权访问或它无法执行该消息，这时候内核会抛出一个异常（ EXC ），表明你不能访问该存储区域（BAD ACCESS）。（EXC_BAD_ACCESS类型错误）
调试解决该类问题一般采用NSZombieEnabled（开启僵尸模式）。

2、使用NSZombieEnabled

Xcode提供的NSZombieEnabled，通过生成僵尸对象来替换dealloc的实现，当对象引用计数为0的时候，将需要dealloc的对象转化为僵尸对象。如果之后再给这个僵尸对象发消息，则抛出异常。先选中Product -> Scheme -> Edit Scheme -> Diagnostics -> 勾选Zombie Objects 项，显示如下：

iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

然后在Product -> Scheme -> Edit Scheme -> Arguments设置NSZombieEnabled、MallocStackLoggingNoCompact两个变量，且值均为YES。显示如下：
仅设置Zombie Objects的话，如果Crash发生在当前调用栈，系统可以把崩溃原因定位到具体代码中；但是如果Crash不是发生在当前调用栈，系统仅仅告知崩溃地址，所以我们需要添加变量MallocStackLoggingNoCompact，让Xcode记录每个地址alloc的历史，然后通过命令将地址还原出来。
Xcode 6之前还可以使用gdb，可以使用info malloc-history address命令来将发生崩溃的地址还原成具体的代码行，Xcode 7之后只能使用lldb，使用命令bt来打印调用堆栈。下面是某Crash通过僵尸模式调试，使用bt查看的效果。

iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

说明：发版前要将僵尸对象检测这些设置都去掉，否则每次通过指针访问对象时，都去检查指针指向的对象是否为僵尸对象，这就影响效率了。

3、代码中的注意事项

在ARC时代，避免访问释放掉的内存，代码需要注意的地方有：

检查代码1 ：不能使用assgin或 unsafe_unretained修饰指向OC对象的指针

assgin和unsafe_unretained表示不持对象，是弱引用。如果指针指向的对象被释放了，它们就变成了野指针，很有可能发生Crash。

建议1： assign仅用于修饰NSInteger等OC基础类型，以及short、int、double、结构体等C数据类型，不修饰对象指针；

建议2： OC对象属性一般使用strong关键字(默认)修饰。

建议3：如果需要弱引用OC对象，建议使用weak关键字，因为被weak指针所引用的对象被回收后，weak指针会被赋为nil（空指针），给nil发任何消息都不会出问题。使用weak修饰代理对象属性就是很好的例子。

检查代码2 ：Core Foundation等底层操作

Core Foundation等底层操作它们不支持ARC，还需要手动内存管理。

建议：注意CF对象的创建和释放。

二、野指针（Wild pointer）

1、概述

野指针是指向一个已删除的对象或未申请访问受限内存区域的指针。而这里的野指针主要是对象释放后，指针未置空导致的野指针。该类Crash发生比较随机，找出来比较费劲，比较常见的做法是，在开发阶段，提高这类Crash的复现率，尽可能得将其发现并解决。
向OC对象发出release消息，只是标记对象占用的那块内存可以被释放，系统并没有立即收回内存；如果此时还向该对象发送其他消息，可能会发生Crash，也可能没有问题。下图是访问野指针（指向已删除对象的指针）可能发生的情况。

iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

从上图可以知道，野指针造成的Crash的随机性比较大，但是被随机填入的数据是不可访问的情况下，Crash是必现的。我们的思路是：想办法给野指针指向的内存填写不可访问的数据，让随机的Crash变成必现的Crash。

2、设置Malloc Scribble

Xcode提供的Malloc Scribble，可以将对象释放后在内存上填上不可访问的数据，将随机发生变成不随机发生的事情，选中Product->Scheme->Edit Scheme ->Diagnostics - >勾选 Malloc Scribble项，结果如下：

iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

设置了Enable Scribble，在对象申请内存后在申请的内存上填0xaa，内存释放后在释放的内存上填0x55；如果内存未被初始化就被访问，或者释放后被访问，Crash必现。

说明：该方法必须连接Xcode运行代码才发现，不适合测试人员使用。可以基于fishhook ，选择hook对象释放的接口（C的free函数），达到和设置Enable Scribble一样的效果。详情参考如何定位Obj-C野指针随机Crash(一)：先提高野指针Crash率、如何定位Obj-C野指针随机Crash(二)：让非必现Crash变成必现和如何定位Obj-C野指针随机Crash(三)：加点黑科技让Crash自报家门

3、代码中的注意事项

检查使用assgin或 unsafe_unretained 修饰指向OC对象的指针和 Core Foundation等底层操作。

三、内存泄漏（Memory Leak）

1、概述

内存泄漏是指没有释放掉不再引用对象的内存。即便ARC帮我们解决很多麻烦，但是内存泄漏问题依然比较多；一般开发结束后，都要做一些基本的内存泄漏排查工作。
内存泄漏排查，一般采用Analyzer（静态分析） + Leaks + MLeaksFinder (第三方工具)

2-1、排查之静态分析(Analyzer)

Xcode提供的 Analyzer可以在程序没运行的时候，通过分析代码上下文的语法结构和内存情况，找出代码中潜在错误，如内存泄露、未使用函数和变量等。选中Product->Analyze(快捷键command+shift+B)可以使用了。
Analyzer主要分析四种问题：

1) 逻辑错误：访问空指针或未初始化的变量等；

2) 内存管理错误：如内存泄漏等；Core Foundation不支持ARC

3) 声明错误：从未使用过的变量；

4) API调用错误：未包含使用的库和框架。

Analyzer执行后，常见的警告类型有：

1）内存警告(Memory)

eg：

- (UIImage *)clipImageWithRect:(CGRect)rect{

  CGFloat scale = self.scale;
  CGImageRef clipImageRef = CGImageCreateWithImageInRect(self.CGImage,
                                                    CGRectMake(rect.origin.x * scale,
                                                               rect.origin.y  * scale,
                                                               rect.size.width * scale,
                                                               rect.size.height * scale));

  CGRect smallBounds = CGRectMake(0, 0, CGImageGetWidth(clipImageRef)/scale, CGImageGetHeight(clipImageRef)/scale);
  UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(smallBounds.size, YES, scale);
  CGContextRef context = 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);  //不添加，内存泄漏，会警告：Potential leak of an object stored into 'clipImageRef'
  return clipImage;
}

分析：Analyzer检查出来内存泄漏，比较常见的就是CG、CF开头的内存泄漏，内存申请，忘记释放了。还有一种是，C申请的内存，没有配对使用new delete， malloc free。

2）无效数据警告（Dead store）

eg：

//错误做法，Analyzer分析后会告知：Value stored to ‘dataArray’ during its initialization is never read
NSMutableArray *dataArray = [[NSMutableArray alloc] init];
dataArray = _otherDataArray;

//正确做法
NSMutableArray *dataArray = nil;
dataArray = _otherDataArray;

分析： dataArray已经被初始化分配了内存，然后被另一个可变数组赋值，导致一个数据源却申请了两块内存，造成了内存泄露。

3）逻辑错误监测（Logic error）

eg：

//错误做法，Analyzer分析后会告知：Property of mutable type ’NSMutableArray’ has ‘copy’ attribute,an immutable object will be stored instead
@property (nonatomic, copy) NSMutableArray *dataArr;  

//正确做法
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *dataArr;

分析： NSMutableArray是可变数据类型，应该用strong来修饰其对象。

说明： Analyzer由于是编译器根据代码进行的判断, 做出的判断不一定会准确, 因此如果遇到提示, 应该去结合代码上文检查一下；还有某些造成内存泄漏的循环引用通过Analyzer分析不出来。

2-2、排查之内存泄漏工具（Leaks）

Xcode提供的Leak可以帮助发现运行着的程序内存泄漏的地方。通过选中Product-> Profile(快捷键command+i，唤起Instrument工具界面) -> Leaks。切换到Call Tree模式，底部选中Separate by Thread（按线程分开做分析）、Invert Call Tree（反向输出调用树）、Hide System Libraries（隐藏系统库文件）。最后点击红色按钮开始“录制”，效果如下图：

iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

在Leaks调试界面上，1是Allocations 模板，显示内存分配情况；2是 Leaks 模板，这里可以查看内存泄露情况。如果红X出现, 表示有内存泄露；主框体区域则会显示泄露的对象。Call Tree选项介绍如下：

iOS实录15：浅谈iOS Crash（二）

2-3、排查之MLeaksFinder(强烈推荐)

MLeaksFinder是微信阅读团队为了简化内存泄漏排查工作，推出的第三方工具，也是我们当前项目中内存泄漏的工具之一。

特点：集成简单，主要检查UI方面（UIView 和 UIViewController）的泄漏。
原理：不入侵开发代码，通过hook 掉 UIViewController 和 UINavigationController 的 pop 跟 dismiss 方法，检查ViewController对象被 pop 或 dismiss 一小段时间后，看看该ViewController对象的 view，view 的 subviews 等等是否还存在。
实现：为基类 NSObject 添加一个方法 -willDealloc 方法，利用weak指针指向自己，并在一小段时间(3秒)后，再次检测该weak指针是否有效，有效则内存泄漏。
集成：通过Cocoapods引入或直接把代码拖进项目，很方便。发生内存泄漏，会弹出警告框，提示发生内存泄漏的位置。

说明：详细内容请参考：MLeaksFinder：精准 iOS 内存泄露检测工具和MLeaksFinder 新特性

3、代码中的注意事项（ARC下的循环引用是内存泄漏的主要原因）

检查代码1 ：Core Foundation、Core Graphics等操作
Core Foundation、CoreGraphics等操作不支持ARC，还需要手动内存管理。
建议：注意CF、CG对象的创建和释放。
检查代码2 ：NSTimer/CADisplayLink的使用，因为NSTimer/CADisplayLink对象的target会强引用self，而self又强引用NSTimer/CADisplayLink对象。
建议：使用扩展方法，使用block或 target弱引用目标对象打破保留环，具体实现参考iOS实录8：解决NSTimer/CADisplayLink的循环引用
检查代码3 ：block使用代码。
建议：成对使用weakSelf和strongSelf来打破block循环引用（对于self没有引用的block是不会造成循环引用，不需要使用weakSelf和strongSelf）
原理：在block外定义弱引用（weakSelf)，指向的self对象；在block内捕获的是这个弱引用（weakSelf），保证了self不会被block所持有；在执行block内方法时，生成强引用(strongSelf)，指向了弱引用（weakSelf）所指向的对象(self对象)；在block内部实际是持有了self对象，但是这个强引用(strongSelf) 的生命周期只在这个block执行的过程中，block执行执行完立刻就被释放了。

四、废弃内存（Abandoned Memory）

1、概述

废弃内存（Abandoned Memory）指，依然被引用对象的内存，但在程序逻辑中无法再被利用。
排查该类问题建议使用Xcode提供的Allocation，Allocation可以跟踪应用的内存分配情况。

2、使用Allocation

Xcode提供的Allocation由于可以跟踪应用的内存分配情况。开发者反复操作App，查看内存基线变化；甚至还可以设置Mark Generation来对比多次Generation之间的内存增长，这部分的增长就是我们没有及时释放的内存。通过Product-> Profile(快捷键command+i，唤起Instrument工具界面) -> Allocations。最后点击红色按钮开始“录制”，效果如下图：
上图是Statistics Detail Type下的界面展示，下面是一些名称的说明：