一次标签指针(Tagged Pointer)导致的事故

一次标签指针(Tagged Pointer)导致的事故

IOS小彩虹2021-08-22 3:31:53130A+A-

前言

最近遇到一起由objc_setAssociatedObjectobjc_getAssociatedObject引发的线上Crash事故,在痛心疾首的同时也觉得很有意思,特此分享。

正文

问题背景

项目中已经存在某个Catagory,会往一个第三方库的类中挂载一个属性,用下面代码的TestCatagory中ssShowTime属性来表示。

@interface ViewController(TestCategory)

@property (nonatomic, assign) long ssShowTime;

@end

具体的实现是用objc_setAssociatedObjectobjc_getAssociatedObject方法。


@implementation ViewController (TestCategory)

- (void)setSsShowTime:(long)ssShowTime {
    NSNumber *number = @(ssShowTime);
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(ssShowTime), number, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

- (long)ssShowTime {
    NSNumber *number = objc_getAssociatedObject(self, @selector(ssShowTime));
    return [number longValue];
}

@end

该方法已经跑了好几个版本,没有出现过任何问题。 后面在此基础上又新增一个挂载属性,我们用ssLocalDesc来表示。

@property (nonatomic, strong) NSString *ssLocalDesc;

- (void)setSsLocalDesc:(NSString *)ssLocalDesc {
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(ssLocalDesc), ssLocalDesc, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

- (NSString *)ssLocalDesc {
    NSString *ret = objc_getAssociatedObject(self, @selector(ssLocalDesc));
    return ret;
}

ssLocalDesc属性会用来存一些描述,比如说用常量,又或者拼接起来的字符串,如下:

    self.ssLocalDesc = @"123";
    // 或者
    int index = 1;
    self.ssLocalDesc = [NSString stringWithFormat:@"Tag_%d", index];

一切都正常,直到下面这段代码出现:

    self.ssLocalDesc = [NSString stringWithFormat:@"Tag_%d", (int)time(NULL)];

这个赋值语句执行完之后,再访问self.ssLocalDesc属性就会产生Crash!

问题回溯

当问题出现之后,我们来看看是犯了哪些错误,才会导致问题的出现: ssShowTime 属性虽然是long,但是内部实现的时候还是通过NSNumber类来实现,所以这里不应该使用OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN;

typedef OBJC_ENUM(uintptr_t, objc_AssociationPolicy) {
    OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN = 0,           /**< Specifies a weak reference to the associated object. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC = 1, /**< Specifies a strong reference to the associated object. 
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY_NONATOMIC = 3,   /**< Specifies that the associated object is copied. 
                                            *   The association is not made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_RETAIN = 01401,       /**< Specifies a strong reference to the associated object.
                                            *   The association is made atomically. */
    OBJC_ASSOCIATION_COPY = 01403          /**< Specifies that the associated object is copied.
                                            *   The association is made atomically. */
};

这里更合适的做法是使用OBJC_ASSOCIATION_RETAIN或者OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC。

ssLocalDesc属性是字符串,字符串通常使用strong或者copy,那么这里使用OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN本身就是错误的。 OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN通常是为了避免循环引用而添加,不会对引用计数产生变化。

问题延伸

当解决完这个问题之后,我们发现crash出现之前,有几个延伸问题: 问题1:为什么ssShowTime这个属性在运行过程中不会Crash? 我们知道Crash是由于OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN不会引用计数加1,导致对象被释放出现野指针的情况。那么我们在number对象挂载之前,看下对象的引用计数。

- (void)setSsShowTime:(long)ssShowTime {
    NSNumber *number = @(ssShowTime);
    objc_setAssociatedObject(self, @selector(ssShowTime), number, OBJC_ASSOCIATION_ASSIGN);
}

结果非常意外,引用计数的值非常大。

(lldb) p CFGetRetainCount(number)
(CFIndex) $0 = 9223372036854775807

如果排除掉引用计数出错的可能,我们可以理解为什么number对象不会被释放。

问题2:为什么ssLocalDesc这个属性在测试不会Crash,而在线上运行会出现Crash? 针对ssLocalDesc属性,我构造了三种情况:

  • 情况1,普通常量字符串;
    self.ssLocalDesc = @"123";

结果如下图,引用计数也很大;字符串类型为常量字符串, 随着App运行就创建,退出时才销毁。

  • 情况2,测试时较短的字符串;
    int index = 1;
    self.ssLocalDesc = [NSString stringWithFormat:@"Tag_%d", index];

结果如下图,引用计数仍很大;字符串类型为TaggedPointerString,这是标签指针类型的字符串,把指针当做字符串对象来使用;

  • 情况3,上线后较长的字符串;
    self.ssLocalDesc = [NSString stringWithFormat:@"Tag_%d", (int)time(NULL)];

结果如下图,引用计数为正常;字符串类型是普通字符串,这是我们最常见的字符串类型。这个类型的字符串,在下面访问ssLocalDesc属性时会发生Crash。

再回到问题1,我们知道NSNumber也使用类似的标签指针(Tagged Pointer)。当数字较小的时候,NSNumber就不是真正的对象,而是一个标签指针,并不会像对象一样走销毁释放的流程。 验证方法:使用一个较大的数字来初始化。比如说设置ssShowTime为NSIntegerMax,此时引用计数恢复正常范围。

相关知识——Tagged Pointer

Tagged pointer:是用于提高性能并减少内存使用的技术。原理是利用内存存储中的内存对齐,对象的地址通常是指针大小的倍数。iOS的设备中大部分都是64位的机器,所以指针通常是以64 位整型存储。 由于内存对齐,指针中会有一些位总会为零。为了高效利用这些空间,iOS把对象指针的最低有效位为1时,认为该指针是 tagged pointer(标签指针)。tagged pointer最低位中的前3位不再被当作isa指针的地址,而是表示一个特殊的tagged class表的索引值;这个索引值用来查找tagged pointer所对应的类,剩余的60位则会被直接使用。

总结

标签指针的具体概念,在附录两篇文章已经描述得很清晰,这里就不再赘述。 这个事故还有很多隐藏因素导致,比如说测试环境与线上环境不一致,比如说上线流程没有按照规范执行,比如说代码规范没有遵守,比如说review流程没有发现问题等等,针对这么多因素,其中有两步是很重要的: 1、保证测试环境和线上环境一致; 2、按照上线流程进行规范操作;

为了能在测试阶段发现问题,还是把测试环境和线上环境调成完全一样的好; 从技术的角度来分析,只要工程设置完全一致,就可以实现客户端的测试环境=线上环境。

附录

tagged pointer

【译】采用Tagged Pointer的字符串

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