记一次使用Valgrind查找解决内存问题的玄幻旅程

前言

看题目来说这应该是一篇教程式文章，但为了突出“玄幻”二字，我们不讲细节只讲过程，在过程中体会解决问题的方式和方法，以及避免一些我在这个过程中绕的弯路，如果想找工具的详细使用方法可以去参考文章中翻一翻，有几篇文章写的真不错，下面我们开始扯淡啦。

玄幻旅途

本故事并非虚构，如有雷同，纯属命苦~

故事背景

作为本文主人公的我——小Z，是一个后端C/C++搬运工（这不废话吗，不是C系列谁老倒腾指针和内存？），在一个阳（yue）光（hei）明（feng）媚（gao）的下（wan）午（shang）接到一个完善游戏战斗系统的需求，然后便开始了紧张开发、积极调试的每一天，事情比较顺利，一切都在计划之中，不过平凡的日子总是无趣，没有一点点意外总让人感到有点意外。

初入泥潭

好吧，到目前为止一切都很顺利，服务器各个功能模块分批完成，终于完成了最后拼装，启动调试看结果，出现了一点点逻辑问题，这个战斗过程根本停不下来，整个程序一直在递归，最终导致函数调用栈溢出崩溃。不过这都是小问题，简单梳理逻辑后增加必要的出口判断条件，问题很快被解决。

再次启动调试，程序正常运行，符合预期结果。啥？这就完了，幸福来的有点突然啊，整个流程基本符合需求，只是缺少一些细节逻辑需要补充，感觉胜利就在前方了啊！

一片混沌

补充细节的过程中，也需要不断调试来验证结果，咦？怎么连不上服务器了？查看一下进程，果然服务器进程已经不在了，难道是我不小心关掉了，先记一下，解决掉手头上更重要的问题后再来看它。

上次的问题好几天都没有出现了，可能真的是我不小心把服务器进程关掉了，今天还有个小BUG需要修复一下，先搭建好调试环境准备定位一下问题。整个过程比较顺利，没过几分钟BUG就找到了，修复后调试看看结果，Duang！进程挂了，好在这次是在调试状态，能看到是哪里引发的崩溃，查看函数调用栈来看看是谁捣的鬼。

什么玩意，智能指针出作用域时自动析构挂了？这是什么鬼，从上到下看了一遍近百层的函数调用关系，感觉没什么问题啊，真是奇怪。

重新启动进程，开始了疯狂测试，跑了20几次相同的逻辑，没有任何问题啊，那刚刚发生了什么，转过头来继续看刚刚出现崩溃的位置，完全找不到问题。这个问题先放一放，继续补充细节，调试解决发现的BUG，在多次调试之后，Duang！进程又挂了，这次更离谱，在定义lambda表达式的时候崩了，看着函数调用栈依旧一头雾水，看不出是什么问题。

退出调试状态，重启进程，继续跑了10多次相同的逻辑，这次进程真的崩溃了，看来程序真的是有隐藏的BUG。再次重启，继续跑，这次又不崩溃了，这种状况让人有点头大啊。启动调试状态开始测试，跑了几次就崩溃了，原来和调试有关系呀！经过多次测试发现，如果在调试状态下测试几次就会出现崩溃的情况，如果在非调试状态下大概需要跑10多次才会崩。

为了查出问题便开始在调试状态下更加疯狂的测试，这次真的开了眼了，每次崩溃的位置都不太一样，有的在析构函数中，有的设置变量值时，有的在发送函数中，有的在申请内存时，总体来看基本都是围绕着内存出现的问题，但是问题原因未知。

追根溯源

虽然经过大量测试仍不能准确给出问题原因，但是几十次的崩溃结果中还是能看到一些规律的，其中有50%左右出现在第二场战斗释放之前战斗对象的时候，40%出现在玩家重新登录释放之前战斗对象的时候，这两种情况加在一起就占了绝大多数，所以要从这里开始入手，查看释放战斗对象的函数是不是存在问题。

因为程序中很少直接使用简单的指针，基本都会用智能指针来代替，所以在战斗对象析构时会有很多小对象自动析构，花了不少时间来看这些代码，结果一无所获，这就怪了，那么多次崩溃都是在这，居然找不到任何问题。

抽丝剥茧

因为之前测试时需要完成跑完整个战斗流程，严重影响了测试效率，既然感觉释放战斗对象这部分代码有问题，那就单独跑这一段逻辑呗，单独建个分支，改代码！！！另外还发现一个事情，本来在我机器上需要在调试状态下跑好几次才能重现出的问题，在另一台发布机上两三次就能重现，干脆用它来验证结果。

说干就干，从原来的逻辑中，剥离出创建、释放战斗对象的代码，每次测试重复创建和释放过程几百次，这样就应该很容易就能重现问题了，修改完本地先测试，结果跑了十几次也没出现，部署到发布机上测试多次也没出现问题，和预想的完全不一样，实验失败，这个结果基本说明我的方向错误，并不是这段释放战斗对象的逻辑代码问题，又得重新寻找线索了。

大海捞针

上面的验证虽说失败了，但也给我提了醒，既然释放战斗对象的逻辑代码没问题，但是绝大多数奔溃还发生在这里，那肯定是别人把它影响了，结合之前看到的内存问题，应该是有其他的逻辑写错了内存数据，导致释放战斗对象的内存时出现了问题。

这个崩溃在主分支是没有出现过的，在我开发完这个新需求之后才出现了这个问题，那么需要查新加了哪些代码，但是这个版本单单是新的文件就增加了几十个，要想从中找到一个内存问题犹如大海捞针一样。

祭出法宝

在大量代码中直接寻找内存问题，非寻常人所能企及，这时可以考虑借助第三方力量——比如检测工具，根据以往经验，我用的最多的内存检测工具是 Valgrind 和 AddressSanitizer，起初 Valgrind 用的比较多的，后来认识了 AddressSanitizer 之后发现使用 Valgrind 后程序运行太慢了，而使用 AddressSanitizer 虽然需要重新编译一次，但是基本不影响原有程序的运行速度，所以渐渐偏向了 ASAN。

但是，这次我先用了 Valgrind，还原代码，重新编译，调整参数后启动服务器程序，果然是半天没反应，测试多次之后居然没崩溃，查看了它的检测报告也没发现什么问题，决定换 ASAN 试试，因为每次用 Valgrind 启动和运行真的太慢了。

修改Makefile重新编译，使用 AddressSanitizer 来进行检测，这次更奇怪，添加了 ASAN 选项的程序编译后，貌似代码逻辑感觉到了它（ASAN）的存在，程序运行逻辑直接变了，原来能完整跑完的战斗逻辑，总是跑到一半因为条件不满足停下了，不过有几次跑到了最后，也出现了崩溃的情况，但是从检测报告中未查到问题的原因，仅仅找到一处内存泄漏问题，修改完崩溃问题依旧存在。

屏蔽无关

既然上面的工具没能提供帮助，那么还得依靠我硬啃代码了，还是先来分析之前各种崩溃结果，发现每次析构对象前都给客户端发了消息，而这些消息使用了 protobuf 中 oneof 结构，这个结构之前没用过，会不会因为使用不当，把内存写坏了。

这次我没有直接去看代码的细节，而是采用了屏蔽的方式，将一些不影响战斗逻辑的消息数据精简，不断注释代码，不断发布测试，结果依旧崩溃，最后仅剩一处同步技能的协议，其中也用了 oneof 结构，这时我更加感觉它有问题，但是它不能被注释掉，需要通过它发消息给客户端，然后客户端请求放技能才能将战斗进行下去，测试暂时卡在这了。

移形换位

必须想一种办法把这仅剩的一条消息同步去掉，如果不给客户端的同步消息，客户端就不能通知服务器放技能，那只好服务器自己把这些事都做了，修改服务器代码，采用延迟触发的方法，来驱动整个战斗进程能进行下去，最终把仅剩的那一条消息屏蔽掉了，同时把所有的try-catch也屏蔽了。

打包部署发布服，启动测试，问题依旧存在，唉，我麻了！

再请法宝

因为 ASAN 这个工具我一直在观察着输出的报告，并没有发现什么值得注意的问题，所以我打算换为 Valgrind，因为它们两个有点冲突，所以得把Makefile还原回去，重新编译再使用 Valgrind 来测试。

启动程序，依旧卡的像时间静止了一样，启动客户端开始了常规的疯狂测试，Duang！进程挂了，赶紧打开 Valgrind 的输出报告看看，亲人呐，我在里面找到了 Invalid write 的字样。

赶紧去查看这段报告对应的代码问题，其中包含了 std::sort 函数的使用，但是自定义的排序函数不满足严格弱排序规则，感觉这逻辑确实有问题，把它先注释掉来试一下。

风平浪静

注释掉 std::sort 之后，在本地机器测试半小时未发生崩溃，重新编译打包发布，几十次测试之后也没有发生崩溃的情况，一切又恢复了平静。

若有所思

如果在第一次使用工具时，我给予 Valgrind 多一点点宽容就好了。

其实事后看来好像没有多磨曲折，但是真实情况却是，前面的步骤交叉进行，经常会出现反复的情况，前前后后调试了近3天。

为什么如此执着？因为如果类似的问题不再早期发现时解决，后面要想再解决所付出的成本会更大，所以早发现早解决。

参考文章

• AddressSanitizerLeakSanitizer
• 内存错误检测工具-AddressSanitizer（ASAN）
• 查找内存错误
• c++中智能指针使用小结
• 静态或者全局智能指针使用的注意几点
• 谈谈如何利用 valgrind 排查内存错误
• 几个C++内存泄漏和越界检测工具简介
• 内存泄漏检测工具valgrind神器
• 使用valgrind检查内存问题
• Valgrind学习笔记(一)
• 关于C#：valgrind-地址是在分配大小为16的块之前的8个字节
• c++ seg fault issue: __gnu_cxx::__exchange_and_add
• 记一次 TCMalloc Debug 经历
• Segmentation fault in __gnu_cxx::__exchange_and_add () from /usr/lib64/libstdc++.so.6
• C++中使用std::sort自定义排序规则时要注意的崩溃问题

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