[译]理解 iOS 异常类型

原文链接：Understanding iOS Exception Types (PS.由于未知原因已失效，经检查，文章中引用的链接都还有效：)

翻译：CoderWangx

当你的iOS应用崩溃的时候，我们需要去分析异常日志以定位根本原因。崩溃可能是 “低内存崩溃 Low Memory Crash” 或者 “普通异常崩溃”。当碰到“异常”时，更好的理解“不同类型的异常”能够真正帮助我们快速定位问题所在。

在这篇文章中，我们将研究 iOS 应用可能碰到的不同类型的“异常”，例如EXC_CRASH、EXC_BAD_ACCESS、EXC_RESOURCE、00000020 等。

崩溃日志中的“异常”

“异常”这个词在“崩溃日志”语境下更多与“Mach 异常”（以“EXC_为前缀”）和 “UNIX 信号”（如: SIGSEGV, SIGBUS等）相关。在某些情况下（应该是有对应的dSYM符号文件时）系统会通过映射将底层的 Mach 异常 翻译为 UNIX 信号。这就是为什么你能log中看到有用 “EXC_CRASH(SIGABRT)” 及 “EXC_BAC_ACCESS(SIGSEGV)” 作为 异常类型（Exception Type）。

对于某些异常，还会附带一个关联的 处理器定制异常码（processor-specific Exception Code） 或者 异常子类型（Exception Subtype），用以包含更多问题相关信息。举例来说， “EXC_BAC_ACCESS” 类型异常可能有一行如“KERN_INVALID_ADDRESS at 0x80000010”作为“异常码”； “EXC_RESOURCE” 可能有一行"WAKEUPS"作为"异常子类别"。

UNIX 信号

iOS开发者常见的 UNIX 信号如下：

UNIX 信号	注释
SIGSEGV	访问无效的内存地址。地址存在，但是应用程序无法访问。
SIGABRT	程序崩溃。由 C函数 `abort()` 初始化。通常意味着系统检测到某些事务出错，例如 `assert()` 或者 `NSAssert()` 校验失败。
SIGBUS	访问无效的内存地址。地址不存在，或对齐无效。（The address does not exist, or the alignment is invalid.）
SIGTRAP	调试器相关
SIGILL	尝试执行非法的、有缺陷、未知的或者需要权限的指令。

更多 UNIX 信号可以参考这里：Unix_signal。

Mach 异常

Mach 异常	描述	注释
EXC_BAD_ACCESS	错误内存访问	访问“错误”内存地址。“错误”可能指“地址不存在”或者“应用没有权限访问”。因此通常与 SIGBUS 及 SIGSEGV 相关联。
EXC_CRASH	异常跳出	通常与 SIGABRT 相关联，意思是由于检测到代码抛出的未捕获异常而使应用程序异常退出。
EXC_BREAKPOINT	跟踪/断点捕获	通用与 SIGTRAP 相关联。可以由你自己的代码或者 NSExceptions 抛出时触发。
EXC_GUARD	违反了受保护资源的防护（Violated Guarded Resource Protection）	由违背受保护资源防护触发，例如‘某些文件描述符’。
EXC_BAD_INSTRUCTION	非法指令	通常与特定非法或未定义指令/操作数相关。
EXC_RESOURCE	资源限制	应用由于达到资源消耗限制而退出。
00000020	十六进制异常类型	非 'OS Kernel' 异常。

查看完整 Mach 异常列表请参考这里(sys/osfmk/mach/exception_types.h)的源码文件。

异常

EXC_BAD_ACCESS（错误内存访问）

“EXC_BAD_ACCESS” 是APP崩溃时最常见的异常之一。不幸的是，调试起来却不容易。

一般有两种可能性：

访问某些尚未初始化的对象。(SIGBUS)
访问已经被 ARC 释放（导致地址变为不可访问）的对象。如果是这个情况，你通常可以在崩溃日志中的 “Backtrace” 顶部附近看到 objc_release。

示例如：

Exception Type: EXC_BAD_ACCESS (SIGSEGV)
Exception Codes: KERN_INVALID_ADDRESS at 0x6d783f44
...
Exception Type: EXC_BAD_ACCESS (SIGBUS)
Exception Codes: KERN_PROTECTION_FAILURE at 0x00000011
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“EXC_BAD_ACCESS”也有关联的“异常码”以帮助提供额外信息。举例来说，KERN_PROTECTION_FAILURE 表示内存有效，但是不允许当前形式的访问，KERN_INVALID_ADDRESS 意思是地址当前无效。

查看这里的源码文件获取完整的可能值列表。

为了辅助调试 “EXC_BAD_ACCESS” 类型异常，你可以勾选 Xcode 中的 “Enable Zombie Objects” 后再尝试。

EXC_CRASH（异常跳出）

相较于 “EXC_BAD_ACCESS”，“EXC_CRASH" 更容易遇到。它通常发生在对象接收到未实现的消息时，如 Xcode 调试器中显示的 “unrecognized selector sent to instance 0x6a33840”。

一般情况里这个异常会与调试器一起发挥作用，因为调试器可以中断进程。如果没有附加调试器，会生成一个崩溃日志。

崩溃日志中展示的信息示例：

Exception Type: EXC_CRASH (SIGABRT)
Exception Codes: 0x0000000000000000, 0x0000000000000000
...
## Usually you will see a similar line in the "backtrace" part
2 CoreFoundation 0x36c02e02 -[NSObject(NSObject) doesNotRecognizeSelector:] + 166

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可能存在某些与“unrecognized selector”无关的特殊情况。如果碰到了，请注意到处都有可能发生这种事情。

另一个常见的“EXC_CRASH”情况是关于“应用扩展（App Extensions）”。应用扩展如果“花了太长时间来初始化”则会被系统终止。在这种情况下，异常子类型（Exception Subtype）显示为 LAUNCH_HANG，附带一个得体的异常消息（Exception Message）：

Exception Type: EXC_CRASH (SIGABRT)
Exception Subtype: LAUNCH_HANG
Exception Message: The extension took too much time to initialize

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EXC_BREAKPOINT（跟踪捕获）

与“EXC_CRASH”非常相似，EXC_BREAKPOINT 也往往与调试器一起发挥作用，在测试阶段被捕获。当使用 Swift 时，在以下情况这个异常会在运行时抛出：

一个非可选类型值为nil
强制类型转换失败

示例信息如：

Exception Type: EXC_BREAKPOINT (SIGTRAP)
Exception Codes: 0x0000000000000002, 0x0000000000000000

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你可以在代码中手动调用 __builtin_trap() 来触发这个异常。

EXC_GUARD（违反了受保护资源的防护）

与其他所有“EXC_”前缀的异常不同，这个异常不是一个“原生”的 Mach 异常。事实上，它是为 XNU - 一个苹果开发的衍生操作系统内核而添加的。

"XNU" 代表 "X 不是 Unix"（X is Not Unix）。 “EXC_GUARD”的定义可以在这里-osfmk/mach/exception_types.h找到。

这个异常的一个较好例子是应用程序在 Core Data 访问 SQLite 文件时关闭了它的“文件描述符（file descriptor）”。

在 iOS7 之前，这个异常会附带一部分“异常码（Exception Codes）”以帮助理解情况。异常码包含“两个”位域代码（如：0x400000010000005e）及subcode（如：0x00007f8254a019c0）。

位域代码部分可分解为“3”个区：

Guard Type - 这个时候只有一种类型 - 受保护的文件描述符（guarded file descriptor（GUARD_TYPE_FD））。值为0x2。如果你看到时 0x4 作为代码的前缀，则这个崩溃与“文件描述符”相关。
Flavor - 当违反“受保护的文件描述符”时的不同条件：如果设置了“第1”（[32]: "1 << 0"）位（kGUARD_EXC_CLOSE），则它曾试图在“受保护的文件描述”上调用 close()。如果设置了“第2”（[33]: "1 << 1"）位（kGUARD_EXC_DUP），则它试图在“受保护的文件描述符”上使用 F_DUPFD或 F_DUPFD_CLOEXEC 调用 dup(2),dup2(2),fcntl(2)。还包含了尝试使用 /dev/fd/打开“文件描述符”。如果设置了“第3”（[34]: "1 << 2"）位（kGUARD_EXC_NOCLOEXEC），则它试图关闭“文件描述符”上的“close-on-exec”标志。如果设置了“第4”（[35]: "1 << 3"）位（kGUARD_EXC_SOCKET_IPC），则它试图通过套接字（socket）发送“受保护的文件描述符”。如果设置了“第5”（[36]: "1 << 4"）位（GUARD_FILEPORT），则它曾试图通过套接字（socket）从“受保护的文件描述符”创建一个文件端口。如果设置了“第6”（[37]: "1 << 5"）位（kGUARD_EXC_MISMATCH），说明“受保护的文件描述符”与“守卫”不相符。如果设置了“第7”（[38]: << 6）位（kGUARD_EXC_WRITE），则它曾试图通过套接字（socket）写入一个“受保护的文件描述符”。
File Descriptor - 应用尝试操作的受保护的文件描述符。- subcode部分包含“受保护的值”。

详细定义可以在这里（/bsd/sys/guarded.h）找到。

从 iOS 7 开始，“Exception Codes”被提供更详细解释的“Exception Subtype”和“Exception Message”替代。

# iOS 6
Exception Type: EXC_GUARD
Exception Codes: 0x400000010000005e, 0x00007f8254a019c0
# The type is "GUARD_TYPE_FD" (0x4), with "kGUARD_EXC_CLOSE". The FD is "94".
# -------
# iOS 7 and above
Exception Type: EXC_GUARD
Exception Subtype: GUARD_TYPE_FD
Exception Message: CLOSE on file descriptor 81 (guarded with 0x0000000017e6eed0)
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EXC_BAD_INSTRUCTION（非法指令）

“EXC_BAD_INSTRUCTION”，通常与“SIGILL”关联，是一个非常容易理解的异常 - 即你正在使用“错误”的指令或操作。然而，有时候也很难去调试。

以下是一些较常见的情况。由于Xcode提供的调试信息，这个很容易识别 - 它是由于不安全的解包导致的。

## Usually show "EXC_BAD_INSTRUCTION (code=EXC_I386_INVOP, subcode=0x0)" in Xcode.
“fatal error: unexpectedly found nil while unwrapping an Optional value”
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但是，像这样和这样（均为StackOverflow上的问题）的就不容易了 - 第一个是有关于 GCD 的使用，另一个是苹果的bug。以下是崩溃日志中的显示格式：

Exception Type: EXC_BAD_INSTRUCTION (SIGILL)
Exception Codes: 0x0000000000000001, 0x000000000000b6d2
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EXC_RESOURCE

“EXC_RESOURCE”意思是进程“达到资源消耗上限”。通常，当你的应用在一定时间内持续超出限制时会被触发。这个异常包含“Exception Subtype”以帮助理解实际情况：

CPU - 限制为 50%，时间不超过 180秒。
WAKEUPS - 表示线程每秒唤醒次数太多。限制为 150次/每秒，时间不超过 300秒。
MEMORY - 没有相关文档描述限制信息。

与“EXC_GUARD”类似，它曾使用“位域”来传递信息，现在也使用“Exception SubType”和“Exception Message”。

Exception Type: EXC_RESOURCE
Exception Subtype: CPU
Exception Message: (Limit 50%) Observed 85% over 180 secs
---
Exception Type: EXC_RESOURCE
Exception Subtype: WAKEUPS
Exception Message: (Limit 150/sec) Observed 206/sec over 300 secs
---
Exception Type: EXC_RESOURCE
Exception Subtype: MEMORY
Exception Message: Crossed High Water Mark
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00000020

与“EXC_”异常不同，这个“异常类型”实际上不能告诉你任何信息。取而代之，你应该查看“异常代码”获取更多详情。

0x8badf00d（读作 ate bad food）- 表示由于 watchdog 出现超时而导致应用被操作系统终止。通常意味着应用程序花了太长时间启动、关闭或者响应系统事件。一个非常典型的情况是“在主线程上做同步网络请求”。
0xbaaaaaad（读作 “plooookhy”）- 表示日志是整个系统的堆栈，而不是崩溃报告。
0xc00010ff（读作 cool off（冷静））- 表示应用程序被系统关闭以响应热事件。
0xbad22222 - 表示操作系统终止了一个VoIP程序，因为它过于频繁的执行恢复。
0xdead10cc（读作 dead lock（死锁））- 表示应用在后台运行时保持了系统资源。
0xdeadfa11（读作 deadfall）- 表示应用被用户强制关闭了。强制关闭发生于用户先按下电源键直到“滑动来关机”出现然后按住主屏幕按钮。