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2022-05-30
在编写日常业务代码时,或多或少都会引入一些导致内存泄漏的代码,而这种行为又很难被监控,这就导致应用内存泄漏的口子越开越大,直接影响到线上应用的稳定性。
虽然 Xcode 的 Instrucment 提供了 Leaks 和 Allocations 工具能精准地定位内存泄漏问题,但是这种方式相对比较繁琐,需要开发人员频繁地去操作应用界面,以触发泄漏场景,所以 Leaks 和 Allocations 更加适合定期组织的大排查,作为监测手段,则显得笨重。
对于内存泄漏的监测,业内已经有了两款成熟的开源工具,分别是 PLeakSniffer 和 MLeaksFinder。
PLeakSniffer 使用 Ping-Pong 方式监测对象是否存活,在进入页面时,创建控制器关联的一系列对象代理,根据这些代理在控制器销毁时能否响应 Ping 判断代理对应的对象是否泄漏。
MLeaksFinder 则是在控制器销毁时,延迟 3s 后再向监测对象发送消息,根据监测对象能否响应消息判断其是否泄漏。
PLeakSniffer 和 MLeaksFinder 这两个基本能覆盖大部分对象泄漏或者延迟释放的场景,考虑到性能损耗以及内存占用因素,个人更偏向于第二种方案。
个人使用 MLeaksFinder,还存在以下问题:
没有处理集合对象;
没有处理对象持有的属性;
每个对象都触发 3s 延迟机制,没有缓存后统一处理;
检测结果输出分散。
PLeakSniffer 存在以下问题:
没有处理集合对象;
处理对象持有属性时,系统类过滤不全面;
处理对象持有属性时,通过 KVC 访问属性导致一些懒加载的触发;
无法处理未添加到视图栈中的泄漏视图;
检测结果输出分散。
对于检测到泄漏对象的交互处理,两者都提供了终端 log 输出和 alert 提示功能,MLeaksFinder 甚至可以直接通过断言中断应用,这种提示在开发阶段尚可接受,但是在提测阶段,强交互会给测试人员造成困扰。至于为什么在提测阶段还要集成泄漏监测工具,主要有两个原因:
应用功能过多的情况下,开发人员无法兼顾到老页面,一些老页面的泄漏场景可以通过测试人员在测试时触发,收集之后再统一处理;
在组件化开发环境下,开发人员可能并没有集成泄漏监测工具,这种情况下,需要在提测阶段统一收集没有解决的泄漏问题。
因此,对于监测输出的诉求有两点:
开发时,通过终端日志提示开发者出现了内存泄漏;
提测时,收集内存泄漏的信息并上传至效能后台,统一分配处理;
和 MLeaksFinder 一样,选择延迟 3s 的机制来判断对象是否泄漏,但是实现的细节略有差别。首先,监测入口变更为 viewDidDisappear: 方法,只需在控制器被父控制器中移除或者被 Dismissed 时,触发监测动作即可:
- (void)LeaksMonitor_viewDidDisappear:(BOOL)animated { [self LeaksMonitor_viewDidDisappear:animated]; if (![self isMovingFromParentViewController] && ![self isBeingDismissed]) { return; } [[YDWLeaksMonitor shared] detectLeaksForObject:self]; }
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在应用中,还有一种监测入口出现在变更根控制器时,由于直接设置根控制器不会触发 viewDidDisappear 方法,所以需要另外设置 :
- (void)LeaksMonitor_setRootViewController:(UIViewController *)rootViewController { if (self.rootViewController && ![self.rootViewController isEqual:rootViewController]) { [[YDWLeaksMonitor shared] detectLeaksForObject:self.rootViewController]; } [self LeaksMonitor_setRootViewController:rootViewController]; }
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为了能够统一处理控制器及其持有对象,可以像 PLeakSniffer 一样,给每个对象包装一层代理 :
@interface YDWLeakObjectProxy : NSObject // 持有 target 的对象弱引用 @property (weak, nonatomic) id host; // 被 host 持有的对象弱引用 @property (weak, nonatomic, readonly) id target; @end
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只要 host 释放了而 target 没释放,则视 target 已泄漏,如果 host 未释放,则不检测 target,然后使用一个 collector 去收集这些对象对应的 proxy ,在收集完之后统一监测 collector 中的所有 proxy ,这样就可以在一个控制器监测完成后,统一上传监测出的泄漏点 :
- (void)detectLeaksForObject:(id
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因为要对不同的类做特异化处理,因此先定义一个协议,通过这个协议中的 collect 方法去收集不同类实例化对象的 proxy :
@protocol YDWLeakObjectProxyCollectable
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关键在于如何让 NSObject 实现此协议,主要有四个步骤 :
过滤系统类调用;
向 collector 添加封装的 proxy;
循环遍历对象对应的非系统类 / 父类属性,找出 copy / strong 类型属性,并获取其对应的成员变量值;
向收集的所有成员变量对象发送 collect 方法。
NSObject 实现 collect 协议方法后,其子类就可以通过这个方法递归地收集名下需要监测的属性信息。比如对于集合类型 NSArray ,实现协议方法如下,表示收集自身和每个集合元素的信息,不过由于 NSArray 是系统类,所以其实例化对象并不会被收集进 collector ,如果要收集系统类的属性信息,只能通过让系统类实现协议并重载 collect 方法,手动向属性值发送 collect 消息实现,UIViewController 的 childViewControllers、presentedViewController、view 属性也同理 :
- (void)LeaksMonitor_collectProxiesForCollector:(YDWYDWLeakObjectProxyCollector *)collector withContext:(YDWLeakContext *)ctx { [super LeaksMonitor_collectProxiesForCollector:collector withContext:ctx]; [self enumerateObjectsUsingBlock:^(id _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) { if ([obj conformsToProtocol:@protocol(YDWLeakObjectProxyCollectable)]) { [obj LeaksMonitor_collectProxiesForCollector:collector withContext:LM_CTX_D(ctx, @"contains")]; } }]; }
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需要注意的是,直接调用属性的 getter 方法获取属性值,可能会触发属性懒加载,导致出现意料之外的问题 (比如调用 UIViewController 的 view 会触发 viewDidLoad),所以要通过 object_getIvar 去获取属性对应的成员变量值。当然,这种处理方式会导致无法收集某些没有对应成员变量值的属性,比如关联对象、控制器的 view 等属性,权衡利弊之后,可以选择忽略这种属性的监测。
除了收集必要的对象信息之外,我还记录了监测对象的引用路径信息,也就是上面 LM_CTX_D 宏做的事情。有些情况下,对象的引用路径能帮助我们发现,路径上的哪些操作导致了对象的泄漏,特别是在网页上浏览泄漏信息时,如果只有泄漏对象类和引用泄漏对象类两个信息,脱离了对象泄漏时的上下文环境,会增加修复的难度。有了引用路径信息后,输出的泄漏信息如下 :
[ O : YDWViewController.view->UIView.subviews->__NSArrayM(contains)->A.subviews->__NSArrayM(contains)->O YDWViewController : YDWViewController.childViewControllers->YDWViewController __NSCFTimer : YDWViewController.timer->__NSCFTimer ]
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系统类信息并不是需要关心的,过滤掉并不会影响到最终的监测结果。目前我尝试了两种方式来确定一个类是否为系统类:
通过类所在 NSBundle 的路径;
通过类所在地址。
第一种的逻辑较为简单,代码如下:
BOOL LMIsSystemClass(Class cls) { NSBundle *bundle = [NSBundle bundleForClass:cls]; if ([bundle isEqual:[NSBundle mainBundle]]) { return NO; } static NSString *embededDirPath; if (!embededDirPath) { embededDirPath = [[NSBundle mainBundle].bundleURL URLByAppendingPathComponent:@"Frameworks"].absoluteString; } return ![bundle.bundlePath hasPrefix:embededDirPath]; }
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应用的主二进制文件,和开发者添加的 embeded frameworks 都会在固定的文件目录下,所以直接比对路径前缀即可。
第二种方式的实现步骤如下:
遍历所有的 image ,通过 image 的名称判断是否为系统 image;
缓存所有系统 image 的起始位置,也就是 mach_header 的地址;
判断类是否为系统类时,使用 dladdr 函数获取类所在 image 的信息,通过 dli_fbase 字段获取起始地址;
比对 image 的起始地址得知是否为系统类。
实际尝试下来后,发现第二种方式耗时会比第一种多,dladdr 函数占用了大部分时间(内部会遍历所有 image 的开始结束地址,和传入的地址进行比对),所以最终选择了第一种方式作为判断依据。
过滤系统类时,针对那种会自泄漏的对象,需要进行特殊处理,不予过滤。比如 NSTimer / CADisplayLink 对象的常见内存泄漏场景,除了 target 强引用控制器造成循环引用域外,还有一种是打破了循环引用但没有在控制器销毁时执行 invalidate 操作,因为 NSTimer 由 RunLoop 持有,不手动停止的情况下,就会造成泄漏。
基于延时的内存泄漏监测机制虽然适用于大部分视图、控制器和一般属性的泄漏场景,但是还有少部分情况,这种机制无法处理,比如单例对象和共享对象。
首先说下单例对象,假设有 singleton 属性,其 getter 方法返回 Singleton 单例,这时延时监测机制无法自动过滤这种情况,依然会认为 singleton 泄漏了。有一种检测属性返回值是否为单例的方法,就是向返回值对应类发送 init 或者 share 相关方法,通过方法返回值和属性返回值的对比结果来判断,但是事实上我们无法确定业务方的单例是否重写了 init,也无法获知具体的单例类方法,所以这种方案适用面比较局限。单例对象的处理,目前还是通过白名单的方式处理较为稳妥。
共享对象的应用场景就比较普遍了,比如现有 A,B 页面,A 页面持有模型 M ,在跳转至 B 页面时,会将 M 传递给 B ,B 强引用了 M ,当 B 销毁时, M 不会销毁,而 M 又是 B 某个属性的值,所以监测机制会判断 M 泄漏了,实际上 M 只是 A 传递给 B 的共享对象。在一个控制器做完检测就需要上传至效能后台的情况下,共享对象还没有很好的处理方法,后期考虑结合 FBRetainCycleDetector 查找泄漏对象的循环引用信息,然后一并上传至效能后台,方便排查这种情况。因为每次 pop 都使用 FBRetainCycleDetector 检测控制器会比较耗时、甚至会造成延迟释放和卡顿,所以先用延时机制找出潜在的泄漏对象,再使用 FBRetainCycleDetector 检测这些泄漏对象,能极大得减少需要处理的对象数量。最终网页呈现的效果如下:
像内存泄露这种问题,最好在应用初期就开始着手监测和解决,否则当应用功能代码逐渐增多后,回过头来处理这种问题费时费力,还是比较麻烦的。
基于 PLeakSniffer 和 MLeaksFinder 监测工具的基础上,结合团队业务情况,进行了一些的改造,添加了集合对象的处理、引用路径的记录、对象的统一检测等功能,优化了部分有问题的代码,在一定程度上提升了延时机制的可用性。
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