iOS 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

NSObject * aObj = [[NSObject alloc] init];
[aObj release];

NSLog(@"%@", aObj);

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:
```
[aObj release];
aObj = nil;
```
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。
```
if (aObj) {
    //...
}
```
常见的如判断一个字符串是否为空：
```
if (aString && aString.length > 0) {//...}
```
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：
```
@autoreleasepool{
    for (int i = 0; i < 100; ++i) {
        NSObject * aObj = [[[NSObject alloc] init] autorelease];
        //....
    }
}
```

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。

[array addObject:[NSNull null]];

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。

if (aObj) {
    [array addObject:aObj];
}

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

@interface NSMutableArray (SafeInsert)
-(void) safeAddObject:(id)anObject;
@end

@implementation NSMutableArray (SafeInsert)
-(void) safeAddObject:(id)anObject {
    if (anObject) {
        [self addObject:anObject];
    }
}
@end

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。

[aObj aMethod];

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

[self methodNotExists];

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：

-[WSMainViewController methodNotExist]: unrecognized selector sent to instance 0x1dd96160
2013-10-23 15:49:52.167 WSCrashSample[5578:907] *** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[WSMainViewController methodNotExist]: unrecognized selector sent to instance 0x1dd96160'

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。

if ([self respondsToSelector:@selector(methodNotExist)]) {
    [self methodNotExist];
}

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

char *mem = malloc(16); // alloc 16 bytes of data
double *dbl = mem + 2;
double set = 10.0;
*dbl = set;

像上面这段代码，执行到

*dbl = set;

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：

struct foo {
    char aChar1;
    short aShort;
    char aChar2;
    int i;
};

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：

aChar1 0x00000000
aShort 0x00000001
aChar2 0x00000003
i      0x00000004

但是事实上编译后，这些变量的地址是这样的：

aChar1 0x00000000
aShort 0x00000002
aChar2 0x00000004
i      0x00000008

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：

char *mem = malloc(16); // alloc 16 bytes of data
double *dbl = mem + 2;
double set = 10.0;
memcpy(dbl, &set, sizeof(set));

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：

void *memcpy (void *dstpp, const void *srcpp, size_t len) {

    unsigned long int dstp = (long int) dstpp;
    unsigned long int srcp = (long int) srcpp;

    if (len >= OP_T_THRES) {
      len -= (-dstp) % OPSIZ;
      BYTE_COPY_FWD (dstp, srcp, (-dstp) % OPSIZ);
      PAGE_COPY_FWD_MAYBE (dstp, srcp, len, len);
      WORD_COPY_FWD (dstp, srcp, len, len);
    }
    BYTE_COPY_FWD (dstp, srcp, len);
    return dstpp;
}

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。

len -= (-dstp) % OPSIZ;
BYTE_COPY_FWD (dstp, srcp, (-dstp) % OPSIZ);

// #define OPSIZ   (sizeof(op_t))
// enum op_t

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：

PAGE_COPY_FWD_MAYBE (dstp, srcp, len, len);

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。

/////////////////////////////////////////////////
#if PAGE_COPY_THRESHOLD

#include <assert.h>

#define PAGE_COPY_FWD_MAYBE(dstp, srcp, nbytes_left, nbytes)              \
  do                                          \
    {                                         \
      if ((nbytes) >= PAGE_COPY_THRESHOLD &&                      \
      PAGE_OFFSET ((dstp) - (srcp)) == 0)                     \
    {                                     \
      /* The amount to copy is past the threshold for copying         \
         pages virtually with kernel VM operations, and the           \
         source and destination addresses have the same alignment.  */    \
      size_t nbytes_before = PAGE_OFFSET (-(dstp));               \
      if (nbytes_before != 0)                         \
        {                                     \
          /* First copy the words before the first page boundary.  */     \
          WORD_COPY_FWD (dstp, srcp, nbytes_left, nbytes_before);         \
          assert (nbytes_left == 0);                      \
          nbytes -= nbytes_before;                        \
        }                                     \
      PAGE_COPY_FWD (dstp, srcp, nbytes_left, nbytes);            \
    }                                     \
    } while (0)

/* The page size is always a power of two, so we can avoid modulo division.  */
#define PAGE_OFFSET(n)  ((n) & (PAGE_SIZE - 1))

#else

#define PAGE_COPY_FWD_MAYBE(dstp, srcp, nbytes_left, nbytes) /* nada */

#endif

PAGE_COPY_FWD 的宏定义：

#define PAGE_COPY_FWD   (       dstp,
    srcp,
    nbytes_left,
    nbytes 
)       
Value:
((nbytes_left) = ((nbytes) -                              \
            (__vm_copy (__mach_task_self (),                  \
                (vm_address_t) srcp, trunc_page (nbytes),     \
                (vm_address_t) dstp) == KERN_SUCCESS          \
             ? trunc_page (nbytes)                    \
             : 0)))

页拷贝剩余部分，再做一下字拷贝：

#define WORD_COPY_FWD   (       dst_bp,
src_bp,
nbytes_left,
nbytes 
     )      
        Value:
     do                                        \
      {                                         \
        if (src_bp % OPSIZ == 0)                            \
          _wordcopy_fwd_aligned (dst_bp, src_bp, (nbytes) / OPSIZ);         \
           else                                   \
        _wordcopy_fwd_dest_aligned (dst_bp, src_bp, (nbytes) / OPSIZ);       \
            src_bp += (nbytes) & -OPSIZ;                        \
            dst_bp += (nbytes) & -OPSIZ;                        \
            (nbytes_left) = (nbytes) % OPSIZ;                       \
          } while (0)

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。
```
char *mem = malloc(16); // alloc 16 bytes of data
double *dbl = mem + 4;
double set = 10.0;
*dbl = set;
```

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：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>

void test(int i) {
    void* ap = malloc(1024);
    std::cout << ++i << "\n";
    test(i);
}

int main() {
    std::cout << "start!" << "\n";
    test(0);
    return 0;
}

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

- (void)stackOverFlow:(int)i {

    char * aLeak = malloc(1024);

    NSLog(@"try %d", ++i);
    [self stackOverFlow:i];
}

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：

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。
```
- (void)addPlayer:(Player *)player {
   if (player == nil) return;
        NSLock* aLock = [[NSLock alloc] init];
        [aLock lock];

        [players addObject:player];

        [aLock unlock];
   }
}
```
  可以使用标记符 @synchronized 简化代码：
```
- (void)addPlayer:(Player *)player {
   if (player == nil) return;
   @synchronized(players) {
      [players addObject:player];
   }
}
```
- 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

/*
 * 判断这个Timer不为nil则停止并释放
 * 如果不先停止可能会导致crash
 */
#define WVSAFA_DELETE_TIMER(timer) { \
    if (timer != nil) { \
        [timer invalidate]; \
        [timer release]; \
        timer = nil; \
    } \
}

一、访问了一个已经被释放的对象

例子

原因

解决办法

二、访问数组类对象越界或插入了空对象

原因

解决办法

三、访问了不存在的方法

例子

解决方案

四、字节对齐

例子

原因

解决办法

References

五、堆栈溢出

例子

原理

六、多线程并发操作

例子

解决方法

References

七、Repeating NSTimer

原因

解决方案

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