iOS中Mach异常和signal信号介绍，以及当APP崩溃时做线程保活弹出程序异常提示框

     我们经常会遇到APP闪退和崩溃的问题，那么我们应该通过什么变量去监听APP的异常呢？如何在程序崩溃时，保证程序不闪退，并给用户弹出一个提示框呢？ 这是本文将要讲述的内容。

     先介绍2个概念，Mach异常和Signal信号，如果想要监听异常其实就是去监听Mach异常和Signal信号。其实系统已经给我们提供了一个方法去监听程序产生的异常，通过NSSetUncaughtExceptionHandler(入参是一个C函数)方法就可以直接捕获异常信息。但是这个方法捕获的异常有限，不能捕获由于内存访问错误等产生的signal，所以如果想要监听绝大多数的异常需要我们自己通过注册signal(signal的类型,回调方法)来捕获信号进行监听。

 

一、Mach异常

     Mach是Mac OS和iOS操作系统的微内核核心，Mach异常是指最底层的内核级异常 。每个thread，task都有一个异常端口数组，Mach的部分API暴露给了开发者，开发者可以直接通过Mach API设置thread，task，host的异常端口，来监听捕获Mach异常，抓取Crash事件。所以当APP中产生异常时，最先能监听到异常的就是Mach。

 

二、Signal信号

     最先捕获到异常的Mach在接下来会将所有的异常转换为相应的Unix信号，并投递到出错的线程。之后就可以注册想要监听的signal类型，来捕获信号。如下，就是监听了SIGSEGV信号，当有SIGSEGV信号产生时，就会回调mySignalHandler方法：

signal(SIGSEGV,mySignalHandler)

 

为什么要将Mach转换成Unix信号呢？主要原因就是为了为了兼容更为流行的POSIX标准(SUS规范)，这样不必了解Mach内核也可以通过Unix信号的方式来兼容开发。signal信号处理是UNIX操作系统机制，所以Android平台理论上也是使用的，可以基于signal来捕获Android Native Crash。

     什么是Signal？

     在计算机科学中，信号（英语：Signals）是Unix、类Unix以及其他POSIX兼容的操作系统中进程间通讯的一种有限制的方式。它是一种异步的通知机制，用来提醒进程一个事件已经发生。当一个信号发送给一个进程，操作系统中断了进程正常的控制流程，此时，任何非原子操作都将被中断。如果进程定义了信号的处理函数，那么它将被执行，否则就执行默认的处理函数。

   如何使用Signal？

      在项目工程中，要使用 Signal 时，通过引入 signal.h 来使用:

      #include

      在 sys/signal 文件内定义了大量的系统信号标识

使用这些信号标识，要通过函数 void (*signal(int, void (*)(int)))(int); 来进行使用,如下所示:

//定义一个接收到信号的回调函数
void HandleException(int signo)
{
    printf("Lanou's sig is:%d",signo);
}
//注册Alerm信号的回调函数
signal(SIGALRM, HandleException);

信号处理函数可以通过 signal() 系统调用来设置。如果没有为一个信号设置对应的处理函数，就会使用默认的处理函数，否则信号就被进程截获并调用相应的处理函数。在没有处理函数的情况下，程序可以指定两种行为：忽略这个信号 SIG_IGN 或者用默认的处理函数 SIG_DFL 。但是有两个信号是无法被截获并处理的： SIGKILL、SIGSTOP 。

Signal信号类型：

• SIGABRT--程序中止命令中止信号
• SIGALRM--程序超时信号
• SIGFPE--程序浮点异常信号
• SIGILL--程序非法指令信号
• SIGHUP--程序终端中止信号
• SIGINT--程序键盘中断信号
• SIGKILL--程序结束接收中止信号
• SIGTERM--程序kill中止信号
• SIGSTOP--程序键盘中止信号　
• SIGSEGV--程序无效内存中止信号
• SIGBUS--程序内存字节未对齐中止信号
• SIGPIPE--程序Socket发送失败中止信号

 

 

 

三、当APP崩溃时做线程保活，弹出程序异常提示框

        UncaughtExceptionHandler里面是利用 iOS SDK中提供的现成函数NSSetUncaughtExceptionHandler 加上 注册想要监听的signal类型，来做异常处理的，通过抛出的Signal，专门对Signal处理。 

void InstallUncaughtExceptionHandler(void) {
    NSSetUncaughtExceptionHandler(&HandleException); //系统的方法
    //添加想要监听的signal类型，当发出相应类型的signal时，会回调SignalHandler方法
    signal(SIGABRT, SignalHandler);
    signal(SIGILL, SignalHandler);
    signal(SIGSEGV, SignalHandler);
    signal(SIGFPE, SignalHandler);
    signal(SIGBUS, SignalHandler);
    signal(SIGPIPE, SignalHandler);
}

 

void HandleException(NSException *exception)
{
    // 递增的一个全局计数器，很快很安全，防止并发数太大
    int32_t exceptionCount = OSAtomicIncrement32(&UncaughtExceptionCount);
    if (exceptionCount > UncaughtExceptionMaximum) return;
    // 获取 堆栈信息的数组
    NSArray *callStack = [UncaughtExceptionHandler backtrace];
    // 设置该字典
    NSMutableDictionary *userInfo =
    [NSMutableDictionary dictionaryWithDictionary:[exception userInfo]];
    // 给 堆栈信息 设置 地址 Key
    [userInfo
     setObject:callStack
     forKey:UncaughtExceptionHandlerAddressesKey];

    // 假如崩溃了执行 handleException: ，并且传出 NSException
    [[[UncaughtExceptionHandler alloc] init] performSelectorOnMainThread:@selector(handleException:) withObject:[NSException exceptionWithName:[exception name] reason:[exception reason]
      userInfo:userInfo]
     waitUntilDone:YES];
}

void SignalHandler(int signal)
{
    // 递增的一个全局计数器，很快很安全，防止并发数太大
    int32_t exceptionCount = OSAtomicIncrement32(&UncaughtExceptionCount);
    if (exceptionCount > UncaughtExceptionMaximum) return;
    // 设置是哪一种 single 引起的问题
    NSMutableDictionary *userInfo =
    [NSMutableDictionary
     dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithInt:signal]
     forKey:UncaughtExceptionHandlerSignalKey];
    // 获取堆栈信息数组
    NSArray *callStack = [UncaughtExceptionHandler backtrace];
    // 写入地址
    [userInfo setObject:callStack forKey:UncaughtExceptionHandlerAddressesKey];
    //  假如崩溃了执行 handleException: ，并且传出 NSException
    [[[UncaughtExceptionHandler alloc] init] performSelectorOnMainThread:@selector(handleException:)
                                                              withObject: [NSException exceptionWithName:UncaughtExceptionHandlerSignalExceptionName reason: [NSString stringWithFormat:
       NSLocalizedString(@"Signal %d was raised.", nil),signal]
      
                                                                                            userInfo:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithInt:signal] forKey:UncaughtExceptionHandlerSignalKey]] waitUntilDone:YES];
}

此处注意OSAtomicIncrement32的使用，它此处是一个递增的一个全局计数器，效果又快又安全，是为了防止并发数太大出现错误的情况。

+ (NSArray *)backtrace
{
    void* callstack[128];
    //  该函数用来获取当前线程调用堆栈的信息,获取的信息将会被存放在buffer中(callstack),它是一个指针数组。
    int frames = backtrace(callstack, 128);
    //  backtrace_symbols将从backtrace函数获取的信息转化为一个字符串数组.
    char **strs = backtrace_symbols(callstack, frames);
    NSMutableArray *backtrace = [NSMutableArray arrayWithCapacity:frames];
    for (
         int i = UncaughtExceptionHandlerSkipAddressCount;
         i < UncaughtExceptionHandlerSkipAddressCount + UncaughtExceptionHandlerReportAddressCount;
         i++)
    {
        [backtrace addObject:[NSString stringWithUTF8String:strs[i]]];
    }
    free(strs); // 记得free
    return backtrace;
}

这边值得注意的是下面这两个函数方法

int backtrace(void**,int) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_5, __IPHONE_2_0);
char** backtrace_symbols(void* const*,int) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_5, __IPHONE_2_0);

该函数用来获取当前线程调用堆栈的信息，并且转化为字符串数组。

最后再来处理，此处涉及到 CFRunLoopRunInMode， kill值得注意！

- (void)handleException:(NSException *)exception
{
     // 打印或弹出框
     // TODO :
          
    // 接到程序崩溃时的信号进行自主处理
    CFRunLoopRef runLoop = CFRunLoopGetCurrent();
    CFArrayRef allModes = CFRunLoopCopyAllModes(runLoop);
    while (!dismissed)
    {        //循环
        for (NSString *mode in (NSArray *)allModes) {
            CFRunLoopRunInMode((CFStringRef)mode, 0.001, false);
        }
    }
    CFRelease(allModes);

    // 下面等同于清空之前设置的
    NSSetUncaughtExceptionHandler(NULL);
    signal(SIGABRT, SIG_DFL);
    signal(SIGILL, SIG_DFL);
    signal(SIGSEGV, SIG_DFL);
    signal(SIGFPE, SIG_DFL);
    signal(SIGBUS, SIG_DFL);
    signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
    // 杀死 或 唤起
    if ([[exception name] isEqual:UncaughtExceptionHandlerSignalExceptionName]) {
        kill(getpid(), [[[exception userInfo] objectForKey:UncaughtExceptionHandlerSignalKey] intValue]);
    } else {
        [exception raise];
    }
}

     当异常产生时，上边代码就可以捕获Crash异常，然后弹出一个程序异常提示框。

     注意：NSSetUncaughtExceptionHandler方法在纯Swift工程中不好使，无法监听到异常。

 

参考文章：

 Signal介绍

漫谈iOS Crash收集框架

Mach异常和signal信号

UncaughtExceptionHandler 捕捉异常