iOS异常捕获 - 走看看

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前言

今天在ios高级群237305299，有朋友问到iOS的异常捕捉的问题，这一块以前也没有研究过，趁此机会研究了一把。并写了一个demo，如有需要可以在文章最下面去下载。

在阅读文章之前，建议大家在阅读完此篇文章后可以阅读漫谈iOS Crash收集框架，了解一下原理。

开发iOS应用，解决Crash问题始终是一个难题。Crash分为两种，一种是由EXC_BAD_ACCESS引起的，原因是访问了不属于本进程的内存地址，有可能是访问已被释放的内存；另一种是未被捕获的Objective-C异常（NSException），导致程序向自身发送了SIGABRT信号而崩溃。其实对于未捕获的Objective-C异常，我们是有办法将它记录下来的，如果日志记录得当，能够解决绝大部分崩溃的问题。这里对于UI线程与后台线程分别说明

一. 系统Crash

对于系统Crash而引起的程序异常退出，可以通过UncaughtExceptionHandler机制捕获；也就是说在程序中catch以外的内容，被系统自带的错误处理而捕获。我们要做的就是用自定义的函数替代该ExceptionHandler即可。

二. 处理signal

使用Objective-C的异常处理是不能得到signal的，如果要处理它，我们还要利用unix标准的signal机制，注册SIGABRT, SIGBUS, SIGSEGV等信号发生时的处理函数。该函数中我们可以输出栈信息，版本信息等其他一切我们所想要的。

下面是一些信号说明

1)  SIGHUP
本信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一session内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联。
登录Linux时，系统会分配给登录用户一个终端(Session)。在这个终端运行的所有程序，包括前台进程组和后台进程组，一般都属于这个 Session。当用户退出Linux登录时，前台进程组和后台有对终端输出的进程将会收到SIGHUP信号。这个信号的默认操作为终止进程，因此前台进程组和后台有终端输出的进程就会中止。不过可以捕获这个信号，比如wget能捕获SIGHUP信号，并忽略它，这样就算退出了Linux登录， wget也能继续下载。
此外，对于与终端脱离关系的守护进程，这个信号用于通知它重新读取配置文件。
2)  SIGINT
程序终止(interrupt)信号, 在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出，用于通知前台进程组终止进程。
3)  SIGQUIT
和SIGINT类似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-)来控制. 进程在因收到SIGQUIT退出时会产生core文件, 在这个意义上类似于一个程序错误信号。
4)  SIGILL
执行了非法指令. 通常是因为可执行文件本身出现错误, 或者试图执行数据段. 堆栈溢出时也有可能产生这个信号。
5)  SIGTRAP
由断点指令或其它trap指令产生. 由debugger使用。
6)  SIGABRT
调用abort函数生成的信号。
7)  SIGBUS
非法地址, 包括内存地址对齐(alignment)出错。比如访问一个四个字长的整数, 但其地址不是4的倍数。它与SIGSEGV的区别在于后者是由于对合法存储地址的非法访问触发的(如访问不属于自己存储空间或只读存储空间)。
8)  SIGFPE
在发生致命的算术运算错误时发出. 不仅包括浮点运算错误, 还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误。
9)  SIGKILL
用来立即结束程序的运行. 本信号不能被阻塞、处理和忽略。如果管理员发现某个进程终止不了，可尝试发送这个信号。
10)  SIGUSR1
留给用户使用
11)  SIGSEGV
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.
12)  SIGUSR2
留给用户使用
13)  SIGPIPE
管道破裂。这个信号通常在进程间通信产生，比如采用FIFO(管道)通信的两个进程，读管道没打开或者意外终止就往管道写，写进程会收到SIGPIPE信号。此外用Socket通信的两个进程，写进程在写Socket的时候，读进程已经终止。
14)  SIGALRM
时钟定时信号, 计算的是实际的时间或时钟时间. alarm函数使用该信号.
15)  SIGTERM
程序结束(terminate)信号, 与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序自己正常退出，shell命令kill缺省产生这个信号。如果进程终止不了，我们才会尝试SIGKILL。
17)  SIGCHLD
子进程结束时, 父进程会收到这个信号。
如果父进程没有处理这个信号，也没有等待(wait)子进程，子进程虽然终止，但是还会在内核进程表中占有表项，这时的子进程称为僵尸进程。这种情况我们应该避免(父进程或者忽略SIGCHILD信号，或者捕捉它，或者wait它派生的子进程，或者父进程先终止，这时子进程的终止自动由init进程来接管)。
18)  SIGCONT
让一个停止(stopped)的进程继续执行. 本信号不能被阻塞. 可以用一个handler来让程序在由stopped状态变为继续执行时完成特定的工作. 例如, 重新显示提示符
19)  SIGSTOP
停止(stopped)进程的执行. 注意它和terminate以及interrupt的区别:该进程还未结束, 只是暂停执行. 本信号不能被阻塞, 处理或忽略.
20)  SIGTSTP
停止进程的运行, 但该信号可以被处理和忽略. 用户键入SUSP字符时(通常是Ctrl-Z)发出这个信号
21)  SIGTTIN
当后台作业要从用户终端读数据时, 该作业中的所有进程会收到SIGTTIN信号. 缺省时这些进程会停止执行.
22)  SIGTTOU
类似于SIGTTIN, 但在写终端(或修改终端模式)时收到.
23)  SIGURG
有”紧急”数据或out-of-band数据到达socket时产生.
24)  SIGXCPU
超过CPU时间资源限制. 这个限制可以由getrlimit/setrlimit来读取/改变。
25)  SIGXFSZ
当进程企图扩大文件以至于超过文件大小资源限制。
26)  SIGVTALRM
虚拟时钟信号. 类似于SIGALRM, 但是计算的是该进程占用的CPU时间.
27)  SIGPROF
类似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括该进程用的CPU时间以及系统调用的时间.
28)  SIGWINCH
窗口大小改变时发出.
29)  SIGIO
文件描述符准备就绪, 可以开始进行输入/输出操作.
30)  SIGPWR
Power failure
31)  SIGSYS
非法的系统调用。

关键点注意

在以上列出的信号中，程序不可捕获、阻塞或忽略的信号有：SIGKILL,SIGSTOP
不能恢复至默认动作的信号有：SIGILL,SIGTRAP
默认会导致进程流产的信号有：SIGABRT,SIGBUS,SIGFPE,SIGILL,SIGIOT,SIGQUIT,SIGSEGV,SIGTRAP,SIGXCPU,SIGXFSZ
默认会导致进程退出的信号有:
SIGALRM,SIGHUP,SIGINT,SIGKILL,SIGPIPE,SIGPOLL,SIGPROF,SIGSYS,SIGTERM,SIGUSR1,SIGUSR2,SIGVTALRM
默认会导致进程停止的信号有：SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN,SIGTTOU
默认进程忽略的信号有：SIGCHLD,SIGPWR,SIGURG,SIGWINCH
此外，SIGIO在SVR4是退出，在4.3BSD中是忽略；SIGCONT在进程挂起时是继续，否则是忽略，不能被阻塞。

三. 实战

1.AppDelegate.m中

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
// Override point for customization after application launch.
    
InstallSignalHandler();//信号量截断
	InstallUncaughtExceptionHandler();//系统异常捕获
    
return YES;
}

2.SignalHandler.m的实现

void SignalExceptionHandler(int signal)
{
    NSMutableString *mstr = [[NSMutableString alloc] init];
    [mstr appendString:@"Stack:
"];
    void* callstack[128];
    int i, frames = backtrace(callstack, 128);
    char** strs = backtrace_symbols(callstack, frames);
    for (i = 0; i <frames; ++i) {
        [mstr appendFormat:@"%s
", strs[i]];
    }
    [SignalHandler saveCreash:mstr];

}

void InstallSignalHandler(void)
{
    signal(SIGHUP, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGINT, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGQUIT, SignalExceptionHandler);
    
    signal(SIGABRT, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGILL, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGSEGV, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGFPE, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGBUS, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGPIPE, SignalExceptionHandler);
}

有关错误类型可以看上面的说明，SignalExceptionHandler是信号出错时候的回调。当有信号出错的时候，可以回调到这个方法

3.UncaughtExceptionHandler.m的实现

void HandleException(NSException *exception)
{
    // 异常的堆栈信息
    NSArray *stackArray = [exception callStackSymbols];
    // 出现异常的原因
    NSString *reason = [exception reason];
    // 异常名称
    NSString *name = [exception name];
    NSString *exceptionInfo = [NSString stringWithFormat:@"Exception reason：%@
Exception name：%@
Exception stack：%@",name, reason, stackArray];
    NSLog(@"%@", exceptionInfo);
    [UncaughtExceptionHandler saveCreash:exceptionInfo];
}

void InstallUncaughtExceptionHandler(void)
{
    NSSetUncaughtExceptionHandler(&HandleException);
}

4.测试–踩坑关键
这里最关键的一步，SignalHandler不要在debug环境下测试。因为系统的debug会优先去拦截。我们要运行一次后，关闭debug状态。应该直接在模拟器上点击我们build上去的app去运行。而UncaughtExceptionHandler可以在调试状态下捕捉

- (IBAction)buttonClick:(UIButton *)sender {
//1.信号量
    Test *pTest = {1,2};
    free(pTest);//导致SIGABRT的错误，因为内存中根本就没有这个空间，哪来的free，就在栈中的对象而已
    pTest->a = 5;
}
- (IBAction)buttonOCException:(UIButton *)sender
{
    //2.ios崩溃
    NSArray *array= @[@"tom",@"xxx",@"ooo"];
    [array objectAtIndex:5];
}

"文件结构"
"操作"

四. Crash Callstack分析 - 进⼀一步分析

属性	说明
0x8badf00d	在启动、终⽌止应⽤用或响应系统事件花费过⻓长时间,意为“ate bad food”。
0xdeadfa11	⽤用户强制退出,意为“dead fall”。(系统⽆无响应时,⽤用户按电源开关和HOME)
0xbaaaaaad	⽤用户按住Home键和⾳音量键,获取当前内存状态,不代表崩溃
0xbad22222	VoIP应⽤用因为恢复得太频繁导致crash
0xc00010ff	因为太烫了被干掉,意为“cool off”
0xdead10cc	因为在后台时仍然占据系统资源(⽐比如通讯录)被干掉,意为“dead lock”

五. demo地址

iOSCrashUncaught下载

六. 参考文献

1.程序crash后的调试技巧
2.iOS开发socket程序被SIGPIPE信号Terminate的问题
3.美女念茜
4.如何定位Obj-C野指针随机Crash(一)：先提高野指针Crash率
5.如何定位Obj-C野指针随机Crash(二)：让非必现Crash变成必现
6.如何定位Obj-C野指针随机Crash(三)：加点黑科技让Crash自报家门