面试题：Objective-C在复杂Mac OS应用架构下的深度调试与错误溯源

Question

假设你在一个大型且架构复杂的Mac OS应用中使用Objective-C进行开发，应用涉及到多个模块间的复杂交互、大量的类继承与组合关系。现出现了一个难以定位的错误，它间歇性出现且似乎与不同模块间的状态交互有关。描述你从宏观到微观的调试策略，包括如何利用 Instruments 工具进行性能分析辅助错误排查，以及怎样通过代码逻辑梳理和运行时特性（如关联对象、消息转发等）来溯源问题并解决。

Answer 1

宏观调试策略

1. 日志记录： 在关键代码位置，尤其是涉及模块间交互的地方，添加详细日志。使用NSLog或者专业日志框架（如CocoaLumberjack）记录变量值、方法调用、状态变化等信息。例如：

#import <CocoaLumberjack/CocoaLumberjack.h>
static const DDLogLevel ddLogLevel = DDLogLevelVerbose;
- (void)moduleInteractionMethod {
    DDLogVerbose(@"Entering moduleInteractionMethod. Current state: %@", self.currentState);
    // 方法具体实现
    DDLogVerbose(@"Exiting moduleInteractionMethod. New state: %@", self.newState);
}

2. 断点调试： 在应用启动和关键模块交互的入口处设置断点。使用Xcode的调试工具，观察变量值、调用栈信息。对于间歇性错误，可以利用条件断点，根据特定条件触发断点，例如特定变量值或者方法调用次数。

3. 版本回溯： 如果可能，将代码回退到之前稳定的版本，通过二分查找的方式，确定错误引入的时间点。这有助于缩小排查范围，聚焦到特定的代码变更。

使用Instruments工具进行性能分析辅助错误排查

1. 选择合适的模板： 针对间歇性错误与模块状态交互问题，选择“Leaks”模板检查内存泄漏，“Activity Monitor”查看系统资源使用情况，“Time Profiler”分析方法执行时间。
2. Leaks模板： 运行应用，通过模拟触发错误场景，Instruments会标记出可能存在内存泄漏的对象。检查泄漏对象的引用链，确定是否因为不正确的对象持有导致模块状态异常。
3. Activity Monitor： 监控CPU、内存、磁盘和网络使用情况。如果错误发生时，某个资源出现异常峰值，可能暗示相关模块存在性能问题，进而影响状态交互。例如，CPU占用过高可能是某个模块的算法复杂度太高，导致处理延迟，影响后续模块的状态更新。
4. Time Profiler： 分析方法调用时间，找出执行时间过长的方法。过长的方法执行可能导致模块间交互延迟，引发状态不一致。比如某个数据处理方法耗时久，使得依赖该数据的模块在获取数据时处于错误状态。

通过代码逻辑梳理和运行时特性溯源问题并解决

1. 代码逻辑梳理：
   • 绘制架构图：手动绘制应用的架构图，清晰展示模块间的依赖关系、继承层次和组合关系。这有助于从整体上理解代码结构，发现潜在的不合理依赖或者错误的交互路径。
   • 代码审查：对涉及模块交互的代码进行详细审查。检查方法调用顺序、参数传递是否正确，状态更新逻辑是否符合预期。例如，检查某个模块在更新状态前是否正确获取到依赖模块的最新数据。
2. 利用运行时特性：
   • 关联对象：如果错误与对象状态相关，可以利用关联对象在运行时为对象添加额外信息。例如，为某个频繁参与模块交互的对象关联一个状态跟踪标识，在关键方法调用前后更新标识，方便在调试时追踪对象状态变化轨迹。

#import <objc/runtime.h>
static char kAssociatedStateKey;
- (void)updateObjectState {
    NSString *newState = @"newStateValue";
    objc_setAssociatedObject(self, &kAssociatedStateKey, newState, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    // 状态更新逻辑
}
- (NSString *)retrieveObjectState {
    return objc_getAssociatedObject(self, &kAssociatedStateKey);
}

- **消息转发**：在类的方法解析、备用接收者和完整转发机制中添加日志或者断点。当某个方法调用出现异常时，通过消息转发流程可以了解到方法调用的实际走向，排查是否因为方法未正确实现或者消息发送错误导致问题。

+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)sel {
    if (sel == @selector(nonExistentMethod)) {
        class_addMethod(self, sel, (IMP)customImplementation, "v@:");
        return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:sel];
}
- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector {
    if (aSelector == @selector(nonExistentMethod)) {
        return self.relatedObject;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation {
    SEL sel = anInvocation.selector;
    if ([self.relatedObject respondsToSelector:sel]) {
        [anInvocation invokeWithTarget:self.relatedObject];
    } else {
        [super forwardInvocation:anInvocation];
    }
}