成因

野指針就是指向一個已刪除的對象或者受限內(nèi)存區(qū)域的指針。
我們寫C++的時候強調(diào)指針初始化為NULL，強調(diào)用完后也為其賦值為NULL，誰分配的誰回收，來避免野指針的問題。
比較常見的就是這個指針指向的內(nèi)存，在別處被回收了，但是這個指針不知道，依然還指向這塊內(nèi)存。
MRC 時代因為引用計數(shù)手動控制，所以內(nèi)存很容易在別處被回收。ARC解決了大部分這種問題。、
在iOS9之前，系統(tǒng)庫的delegate和target-action有一部分是assign(unsafe_unretain)的形式，這時候如果內(nèi)存在別處被回收了，也是會出現(xiàn)野指針的。
所以iOS9之后這些地方就改成了weak內(nèi)存修飾符，內(nèi)存被回收的時候通過weak表，把這些指針設(shè)為nil。也大幅度減少了野指針的出現(xiàn)。

如果現(xiàn)在在工程中依然頻繁出現(xiàn)野指針，幾乎可以肯定是錯誤地使用了內(nèi)存。

表現(xiàn):Crash

對于Mach、Unix、NSException三種不同層級的crash,NSException比較好說，可以直接定位到OC代碼。問題主要來自EXC_BAD_ACCESS(SIGSEGV)這種異常，難以在我們的應(yīng)用代碼中定位。

image

SIGILL 執(zhí)行了非法指令，一般是可執(zhí)行文件出現(xiàn)了錯誤
SIGTRAP 斷點指令或者其他trap指令產(chǎn)生
SIGABRT 調(diào)用abort產(chǎn)生
SIGBUS 非法地址。比如錯誤的內(nèi)存類型訪問、內(nèi)存地址對齊等
SIGSEGV 非法地址。訪問未分配內(nèi)存、寫入沒有寫權(quán)限的內(nèi)存等
SIGFPE 致命的算術(shù)運算。比如數(shù)值溢出、NaN數(shù)值等

實際我們遇到Mach Exception絕大部分都是野指針的問題。SIGSEGV/SIGABRT/SIGTRAP 比較多見。
野指針問題表現(xiàn)千奇百怪，而且因為崩潰的地方并不是造成野指針的地方，而且難以重現(xiàn)，所以問題往往難以定位。

image

騰訊Bugly的這張圖可以看到，野指針幾乎可以造成各種類型的Mach Exception。

定位工具

Zoombie Object

這是目前幫助最大的調(diào)試模式。實現(xiàn)原理就是 hook 住了對象的dealloc方法，通過調(diào)用自己的__dealloc_zombie方法來把對象進行僵尸化。

id object_dispose(id obj)
{
    if (!obj) return nil;

    objc_destructInstance(obj);    
    free(obj);

    return nil;
}

正常的對象釋放方法如上，但是僵尸對象調(diào)用了objc_destructInstance后就直接return了，不再free(obj);。同時生成一個"_NSZombie_" + clsName類名，調(diào)用objc_setClass(self, zombieCls);修改對象的 isa 指針，令其指向特殊的僵尸類。
如果這個對象再次收到消息,objc_msgsend的時候，調(diào)用abort()崩潰并打印出調(diào)用的方法。

野指針指向的內(nèi)存沒有被覆蓋的時候，或者被覆蓋成可以訪問的內(nèi)存的時候，不一定會出現(xiàn)崩潰。這個時候向?qū)ο蟀l(fā)送消息，不一定會崩潰(可能剛好有這個方法)，或者向已經(jīng)釋放的對象發(fā)送消息。但是如果野指針指向的是僵尸對象，那就一定會崩潰了，會崩潰在僵尸對象第一次被其它消息訪問的時候。

Zombie Object without Xcode

僵尸對象必須在連接Xcode中debug的時候使用，如果我們想跟我們的崩潰收集工具集成在一起，就需要自己實現(xiàn)類似Zombie Object的東西。
邏輯是通過hook住NSObject的根類的dealloc方法，然后在新的dealloc方法中將本來即將釋放的對象的isa指針改為指向我們創(chuàng)建的一個新的僵尸類。

iOS使用代碼排查野指針錯誤
和開發(fā)自己的NSZombie這兩篇文章里介紹了在代碼里實現(xiàn)類似Zoombie Object的方法，然而實際上是無法使用的，這兩種實現(xiàn)跟 Zombie Object 實現(xiàn)上不小的區(qū)別，實際應(yīng)用中有大量誤判的情況。

誤判的原因主要是dealloc的實現(xiàn)和僵尸類的實現(xiàn)跟Zombie Object不一樣。
參考Apple的源碼，可以看到Apple是完全調(diào)用了objc_destructInstance函數(shù)的。而其它人的實現(xiàn)要么沒有調(diào)用這個函數(shù)，要么只做了一部分。對于一個OC對象的dealloc來說，主要包括兩部分，一部分是objc_destructInstance,一部分是free(self)。objc_destructInstance里包括了移除弱引用，移除關(guān)聯(lián)對象，c++析構(gòu)等等。這些邏輯不能省略。

- (void)dealloc
{
    const char *className = object_getClassName(self);
    char *zombieClassName = NULL;
    do {

        //...
        Class zombieClass = objc_getClass(zombieClassName);

        objc_destructInstance(self); //關(guān)鍵

        object_setClass(self, zombieClass);

    } while (0);

    if (zombieClassName != NULL)
    {
        free(zombieClassName);
    }
}

而對于僵尸類的實現(xiàn)，Zombie Object的實現(xiàn)簡潔而且有效。不像其它人的實現(xiàn)那么臃腫。就只是申明了一個沒有任何方法的根類而已，所以任何消息發(fā)給它都會crash。

NS_ROOT_CLASS
@interface _NSZombie_ {
    Class isa;
}

@end

所以我從Apple的源碼中提取出來的一套實現(xiàn)NSZombie，跟Zombie Object的實現(xiàn)保證完全一致，解決誤判的情況。

Scribble

Scribble 工具能夠在alloc的時候填上0xAA，dealloc的時候填上0x55，就是對象釋放后在內(nèi)存上填上不可訪問的數(shù)據(jù)，如果再次訪問對象就會必現(xiàn)crash。

Bugly的這篇文章如何定位Obj-C野指針隨機Crash 就是采用這種方式提高crash率，來方便定位問題。
為了不限制在xcode中使用，自己在代碼中實現(xiàn)了類似的邏輯。通過fishhook去hook free函數(shù)的方法，實現(xiàn)如下：

void safe_free(void* p){
    size_tmemSiziee=malloc_size(p);
    memset(p,0x55, memSiziee);
    orig_free(p);
    return;
}

雖然已經(jīng)給被釋放的對象寫上了0x55，但是如果是內(nèi)存在被訪問(觸發(fā)crash)之前被其它覆蓋了，則可能無法觸發(fā)crash。這種情況也不少見。所以Bugly為了內(nèi)存不被覆蓋，就不再調(diào)用free來釋放這個內(nèi)存。保持這個內(nèi)存一直在。這樣的原理就非常類似Zombie Object了。

制造crash的方式也是采用修改rsa指針的方式，當對象收到消息的時候abort()。

Address Sanitizer

將malloc/free函數(shù)進行了替換。在malloc函數(shù)中額外的分配了禁止訪問區(qū)域的內(nèi)存。在free函數(shù)中將所有分配的內(nèi)存區(qū)域設(shè)為禁止訪問，并放到了隔離區(qū)域的隊列中(保證在一定的時間內(nèi)不會再被malloc函數(shù)分配)。如果訪問到禁止訪問的區(qū)域，就直接crash。

對CPU影響2~5?, 增加內(nèi)存消耗 2~3?。

能夠檢查出來的問題:

訪問已經(jīng)dealloc的內(nèi)存/dealloc已經(jīng)dealloc的內(nèi)存
dealloc還沒有alloc的內(nèi)存(但不能檢查出訪問未初始化的內(nèi)存)
訪問函數(shù)返回以后的棧內(nèi)存/訪問作用域之外的棧內(nèi)存
緩沖區(qū)上溢出或下溢出,C++容器溢出(但不能檢查integer overflow)

不能用于檢查內(nèi)存泄漏。有些文章說ASan能檢查內(nèi)存泄漏是不對的，Google的LSan可以，但是Xcode的Asan不行。

Malloc Stack

之前介紹的工具都是提高崩潰概率，以拿到崩潰的對象和內(nèi)存地址。拿到崩潰的對象之后也很難定位，因為崩潰地方離釋放的地方已經(jīng)很遠了。而且有些對象在工程中初始化了很多個，不知道是對應(yīng)的哪個地方出了問題。所以如果能知道對象是在哪初始化的就好了。
Malloc Stack 能夠記錄下來所有對象的malloc調(diào)用時的堆棧信息。然后我們執(zhí)行命令：

script import lldb.macosx.heap
malloc_info --stack-history 0x7fbf0dd4f5c0

就可以在lldb中打印出來該對象初始化位置的堆棧信息。
Malloc Stack但是有兩個巨大的缺點，一個是只能在模擬器上使用，第二是沒有打印出dealloc的信息。如果想在真機上使用需要越獄。

lzMalloc

公司內(nèi)部的大神開發(fā)的的lldb插件，基于Malloc Stack開發(fā)的，通過調(diào)用私有函數(shù)拿到Malloc Stack記錄的數(shù)據(jù)。能夠支持真機調(diào)試，能夠打印出dealloc的堆棧信息。
能打印出dealloc的原因是hook了-dealloc方法，調(diào)用__disk_stack_logging_log_stack函數(shù)記錄當前的堆棧信息。

幾個野指針的例子

錯誤的內(nèi)存修飾符

遇到的這個例子可能是比較經(jīng)典的野指針，崩潰日志中出現(xiàn)了各種各樣的表現(xiàn)。

第一種表現(xiàn)是dealloc對象時崩潰:

0 libsystem_kernel.dylib 0x252fac5c __pthread_kill + 4
1 libsystem_c.dylib 0x2528f0ac abort + 103
2 libsystem_malloc.dylib 0x25324ef6 free + 431
3 libobjc.A.dylib 0x24e13e08 object_dispose + 19
4 Foundation 0x25de3cf2 -[NSIndexPath dealloc] + 66
5 libobjc.A.dylib 0x24e24f66 objc_object::sidetable_release(bool) + 150
6 libsystem_blocks.dylib 0x25243ac2 _Block_release + 215
7 CoreFoundation 0x25583384 -[__NSArrayI dealloc] + 64
5 libobjc.A.dylib 0x24e24f66 objc_object::sidetable_release(bool) + 150
9 UIKit 0x29e934f2 __runAfterCACommitDeferredBlocks + 310
10 UIKit 0x29e9f7da __cleanUpAfterCAFlushAndRunDeferredBlocks + 90
11 UIKit 0x29bddb1c __afterCACommitHandler + 84

可以看到這里完全是系統(tǒng)library的崩潰，跟工程代碼毫無關(guān)系，最開始也是一頭霧水。
這里只有兩個線索,一個是NSIndexPath,另一個是只發(fā)生于10.3.3之前的iphone5機型上。
因為10.3.3是iphone5支持的最后一個版本，所以用戶量并不少。

第二種表現(xiàn)是objc_msgsend, isEqual:是通過讀取ARM寄存器lr獲取到的方法名，這個是Bugly幫我們查到的。

0 libobjc.A.dylib 0x1a1b0dd6 objc_msgSend (isEqual:) + 15
1 UIKit 0x201afdfa -[UICollectionReusableView _setLayoutAttributes:] + 60
2 UIKit 0x209d0280 -[UICollectionView _applyLayoutAttributes:toView:] + 138
3 UIKit 0x209daf26 ___88-[UICollectionView _dequeueReusableViewOfKind:withIdentifier:forIndexPath:viewCategory:]_block_invoke + 28
4 UIKit 0x2015b5c2 +[UIView(Animation) performWithoutAnimation:] + 84
5 UIKit 0x209dae40 -[UICollectionView _dequeueReusableViewOfKind:withIdentifier:forIndexPath:viewCategory:] + 2156
6 UIKit 0x201af68a -[UICollectionView dequeueReusableCellWithReuseIdentifier:forIndexPath:] + 160
7 XXXXXXProject 0x00404c02 -[XXXXXXCollectionView collectionView:cellForItemAtIndexPath:] (XXXXXXClass.m:77)
8 UIKit 0x209cf850 -[UICollectionView _createPreparedCellForItemAtIndexPath:withLayoutAttributes:applyAttributes:isFocused:notify:] + 420
9 UIKit 0x201af5e0 -[UICollectionView _createPreparedCellForItemAtIndexPath:withLayoutAttributes:applyAttributes:] + 42
10 UIKit 0x201ad7f6 -[UICollectionView _updateVisibleCellsNow:] + 4076
11 UIKit 0x201a83d6 -[UICollectionView layoutSubviews] + 398
12 UIKit 0x2014b482 -[UIView(CALayerDelegate) layoutSublayersOfLayer:] + 1224

這里線索就比較豐富，可以找到對應(yīng)的類了，XXXXXXProject 是我們的工程，明顯崩潰在UICollectionView中。在重用collectionViewCell的過程中，調(diào)用_setLayoutAttributes 的方法，在+60的位置調(diào)用了isEqual:，經(jīng)過反編譯這個方法得知調(diào)用isEqual:的對象的是UICollectionViewLayoutAttributes(反編譯過程省略)。
這里也是只發(fā)生于10.3.3之前的iphone5機型上。所以基本確定是同一個問題。

但是并沒有什么了卵用，正如之前所說的，野指針崩潰的地方跟出錯的地方相去甚遠。
唯一能確定的地方，就是引起崩潰的對象是NSIndexPath。

第三種表現(xiàn)比較奇怪，報[UITransitionView initialize] unrecognized selector,這個類一臉懵逼。不知道在哪使用過

Exception Type: NSInvalidArgumentException(SIGABRT)
Exception Codes: -[UITransitionView initialize]: unrecognized selector sent to instance 0x165f22c0 at 0x1c4d1acc
Crashed Thread: 0
0 CoreFoundation 0x1cd03b3d ___exceptionPreprocess + 129
1 libobjc.A.dylib 0x1bf8b067 objc_exception_throw + 31
2 CoreFoundation 0x1cd08fd1 ___methodDescriptionForSelector + 1
3 CoreFoundation 0x1cd070c3 ____forwarding___ + 697
4 CoreFoundation 0x1cc2fdc8 _CF_forwarding_prep_0 + 24
5 libobjc.A.dylib 0x1bf8bbad _CALLING_SOME_+initialize_METHOD + 23
6 libobjc.A.dylib 0x1bf8bdf3 __class_initialize + 579
7 libobjc.A.dylib 0x1bf92c15 _lookUpImpOrForward + 173
8 libobjc.A.dylib 0x1bf92b65 __class_lookupMethodAndLoadCache3 + 27
9 libobjc.A.dylib 0x1bf991af __objc_msgSend_uncached + 15
10 UIKit 0x21f98167 -[UICollectionViewLayoutAttributes isEqual:] + 95
11 UIKit 0x21f97dfb -[UICollectionReusableView _setLayoutAttributes:] + 61
12 UIKit 0x227b8281 -[UICollectionView _applyLayoutAttributes:toView:] + 139
13 UIKit 0x227c2f27 ___88-[UICollectionView _dequeueReusableViewOfKind:withIdentifier:forIndexPath:viewCategory:]_block_invoke + 29
14 UIKit 0x21f435c3 +[UIView(Animation) performWithoutAnimation:] + 85
15 UIKit 0x227c2e41 -[UICollectionView _dequeueReusableViewOfKind:withIdentifier:forIndexPath:viewCategory:] + 2157
16 UIKit 0x21f9768b -[UICollectionView dequeueReusableCellWithReuseIdentifier:forIndexPath:] + 161

看下面的堆棧就發(fā)現(xiàn)還是同一個問題，但是為啥會報這么奇怪的錯？這就是野指針的表現(xiàn)。這一塊內(nèi)存被別的東西覆蓋了。

實際上還有其它的表現(xiàn)，但是比較具有代表性的就這三個了。從崩潰日志中只能得到有限的信息，一個是這個是野指針問題。第二個是這個野指針對象很可能是一個NSIndexPath對象(也不能完全確定)。

如果不知道是野指針的問題，就很容易誤入歧途，花大量時間在研究UICollectionView 或者在研究UITransitionView上。其實都是浪費時間，因為造成野指針的地方地方已經(jīng)很遠了。

正如Bugly這篇文章說的，定位野指針最重要還是增大野指針出現(xiàn)的概率。所以這次我是采用Zombie Object，并且限制在iPhone5 和 iOS10.3.3的情況下重現(xiàn)的。

經(jīng)過多次重現(xiàn)，確定了是NSIndexPath的問題，而且所有的UICollectionView和UITableView都受到了影響。所以我開始懷疑是不是工程中有全局的代碼被hook了。果然不出所料:

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation
{
    [invocation invokeWithTarget:self.target];
    if (kiOS9Later) {
        if ([NSStringFromSelector(invocation.selector) isEqualToString:@"collectionView:didSelectItemAtIndexPath:"]) {
            //無痕打點
            __unsafe_unretained UICollectionView *collectionView = nil;
            id indexPath;
            [invocation getArgument:&collectionView atIndex:2];
            [invocation getArgument:&indexPath atIndex:3];
            [FPPVHelper reportMTAEventId:[collectionView hotTagId] Index:[indexPath row] info:nil];
        }
    }
}

這是某一段神奇的打點代碼，不知道誰寫的。很明顯indexPath此處的修飾符應(yīng)為__unsafe_unretained,如果為strong的話對象在這里就會被ARC釋放掉，然而因為傳遞的是C指針，其它地方的某個指針不知道這里釋放了，依然指向了這里。產(chǎn)生了野指針。

iOS9之前的delegate 崩潰

在iOS9之前的tableview的delegate和datasource都是assign內(nèi)存修飾符的。iOS9之后才使用weak。

// iOS 8 之前
@property(nonatomic, assign) id<UITableViewDataSource> dataSource
@property(nonatomic, assign) id<UITableViewDelegate> delegate
// iOS 9 之后
@property(nonatomic, weak, nullable) id<UITableViewDataSource> dataSource
@property(nonatomic, weak, nullable) id<UITableViewDelegate> delegate

這種情況，如果delegate比tableview本身更早被釋放，此時的dataSource就會成為一個野指針。常見的情況比如block調(diào)用延長了tableview的生命周期，就可能會發(fā)生這種情況，導(dǎo)致野指針crash。一般崩潰日志里是objc_msgsend + 15 的崩潰,崩潰在delegate或者datasource的方法里。

解決方法也很簡單，在dealloc的時候把dataSource和delegate設(shè)為nil即可。

- (void)dealloc
{
    _tableView.delegate = nil;
    _tableView.dataSource = nil;
}

iOS9 之前的target-action崩潰

崩潰堆棧也是最常見的objc_msgSend，這里可以看到是工程中hook的某個方法崩潰了

libobjc.A.dylib objc_msgSend (pv_gestureRecongizerAction:)
UIKit -[UIGestureRecognizer _updateGestureWithEvent:buttonEvent:]
UIKit ____UIGestureRecognizerUpdate_block_invoke662
UIKit __UIGestureRecognizerRemoveObjectsFromArrayAndApplyBlocks
UIKit __UIGestureRecognizerUpdate
SEGV_ACCERR

我們自己的代碼如下，就是在addGestureRecognizer方法中加了一層調(diào)用，加了一層target-action。這相當于是給gestureRecognizer加了兩個target-action

-(void)pv_addGestureRecognizer:(UIGestureRecognizer *)gestureRecognizer {
    [gestureRecognizer addTarget:self action:@selector(pv_gestureRecongizerAction:)];
    [self pv_addGestureRecognizer:gestureRecognizer];
}

由于target對于gesture來說在iOS8上也是類似assign的，所以這里就是self被釋放了，變成野指針了，但是gestureRecognizer的target依然指向了self的內(nèi)存。當self已經(jīng)被釋放了，但是gestureRecognizer還沒被釋放的時候就會發(fā)生這種情況。

總結(jié)

野指針定位有幾個關(guān)鍵：

第一是意識到這是野指針的問題:Mach Exception大多數(shù)都是野指針的問題，崩潰日志里最多見objc_msgSend和unrecognized selector sent to等等。而且往往跟iOS SDK版本和iphone型號有關(guān)。認識到野指針的問題后，就不必要拘泥于崩潰日志，因為崩潰的地方離崩潰的原因比較遠了。
第二是盡可能重現(xiàn)。利用Zombie Object/Scribble/Aasn 都可以。個人認為自己實現(xiàn)的Zombie Object最好，既可以脫離Xcode debug的限制，使用又比較簡單。
第三是根據(jù)野指針指向的對象來判斷出錯的位置，而不是崩潰的方法。因為崩潰的方法離崩潰的原因比較遠了，但是野指針指向的對象多半還是出錯的對象(有時也可能被覆蓋了)。
第四是利用malloc stack/lzMalloc找到野指針指向?qū)ο蟪跏蓟奈恢煤蚫ealloc的位置，判斷是否過早釋放等。

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iOS野指針定位總結(jié)

iOS野指針定位總結(jié)

成因

表現(xiàn):Crash

定位工具

Zoombie Object

Zombie Object without Xcode

Scribble

Address Sanitizer

Malloc Stack

lzMalloc

幾個野指針的例子

錯誤的內(nèi)存修飾符

iOS9之前的delegate 崩潰

iOS9 之前的target-action崩潰

總結(jié)

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成因

表現(xiàn):Crash

定位工具

Zoombie Object

Zombie Object without Xcode

Scribble

Address Sanitizer

Malloc Stack

lzMalloc

幾個野指針的例子

錯誤的內(nèi)存修飾符

iOS9之前的delegate 崩潰

iOS9 之前的target-action崩潰

總結(jié)

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