.NET外挂系列：7. harmony在高级调试中的一些实战案例

郗燕岚 · 2025-6-3 00:15:29

一：背景

1. 讲故事

如果你读完前六篇，我相信你对 harmony 的简单使用应该是没什么问题了，现在你处于手拿锤子看谁都是钉子的情况，那这篇我就找高级调试里非常经典的 3个钉子让大家捶一锤。
二：三大故障案例

1. ConcurrentBag 大集合问题

在高级调试中经常会遇到一类问题就是托管内存暴涨，最终在托管堆上发现了超大的一个集合，windbg 输出如下：

0:014> !gcroot 028266c9ff30
HandleTable:
0000028262d51328 (strong handle)
-> 0282675459a0 System.Object[]
-> 0282675459c8 System.Threading.ThreadLocal<System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<Example_20_1_1.Student>+WorkStealingQueue>+LinkedSlotVolatile[]
-> 028267545a00 System.Threading.ThreadLocal<System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<Example_20_1_1.Student>+WorkStealingQueue>+LinkedSlot
-> 028267545a30 System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<Example_20_1_1.Student>+WorkStealingQueue
-> 028267fe0198 Example_20_1_1.Student[]
-> 028266c9ff30 Example_20_1_1.Student
0:014> !dumpobj /d 28267545a30
Name: System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag`1+WorkStealingQueue[[Example_20_1_1.Student, Example_20_1_1]]
File: C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App\8.0.13\System.Collections.Concurrent.dll
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007fff8fc31188 4000017 18 System.Int32 1 instance 0 _headIndex
00007fff8fc31188 4000018 1c System.Int32 1 instance 1000000 _tailIndex
00007fff8fe76168 4000019 8 System.__Canon[] 0 instance 0000028267fe0198 _array
...

复制代码

从windbg的输出中可以看到ConcurrentBag中有100w条记录，现在我就特别想知道，这个ConcurrentBag的变量是什么，谁在不断的Add操作？这刚好是 harmony 的大显神威之处，由于引用类型的泛型参数统一由__Canon替代，这里我就使用它的基类 object，参考代码如下：

namespace Example_20_1_1
{
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var harmony = new Harmony("com.example.threadhook");
harmony.PatchAll();
RunWork();
Console.ReadLine();
}
static void RunWork()
{
ConcurrentBag<Student> studentBags = new ConcurrentBag<Student>();
studentBags.Add(new Student() { Id = 1 });
studentBags.Add(new Student() { Id = 2 });
ConcurrentBag<Person> personBags = new ConcurrentBag<Person>();
personBags.Add(new Person() { Id = 1 });
}
}
[HarmonyPatch(typeof(ConcurrentBag<object>), "Add", new Type[] { typeof(object) })]
public class ConcurrentBagHook
{
public static void Prefix(object __instance) { }
public static void Postfix(object __instance, object __0)
{
var count = Traverse.Create(__instance).Property("Count").GetValue<int>();
Console.WriteLine($"泛型参数:{__0.GetType()},当前Count={count}");
Console.WriteLine(Environment.StackTrace);
}
}
public class Student { public int Id { get; set; } }
public class Person { public int Id { get; set; } }
}

复制代码

从卦中可以看到不同类型的 ConcurrentBag 的集合元素数，以及对应的上层调用栈，根据调用栈自然就能找到问题，即使它是在第三方sdk中。
2. 非主线程创建UI控件导致卡死

这个问题是 wpf/winform 常遇到的经典问题，介绍的再多也不为过，凡是遇到这种经典都会有这样的调用栈。

0:000:x86> !clrstack
OS Thread Id: 0x4eb688 (0)
Child SP IP Call Site
002fed38 0000002b [HelperMethodFrame_1OBJ: 002fed38] System.Threading.WaitHandle.WaitOneNative(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, UInt32, Boolean, Boolean)
002fee1c 5cddad21 System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean)
002fee34 5cddace8 System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean)
002fee48 538d876c System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle(System.Threading.WaitHandle)
002fee88 53c5214a System.Windows.Forms.Control.MarshaledInvoke(System.Windows.Forms.Control, System.Delegate, System.Object[], Boolean)
002fee8c 538dab4b [InlinedCallFrame: 002fee8c]
002fef14 538dab4b System.Windows.Forms.Control.Invoke(System.Delegate, System.Object[])
002fef48 53b03bc6 System.Windows.Forms.WindowsFormsSynchronizationContext.Send(System.Threading.SendOrPostCallback, System.Object)
002fef60 5c774708 Microsoft.Win32.SystemEvents+SystemEventInvokeInfo.Invoke(Boolean, System.Object[])
002fef94 5c6616ec Microsoft.Win32.SystemEvents.RaiseEvent(Boolean, System.Object, System.Object[])
002fefe8 5c660cd4 Microsoft.Win32.SystemEvents.OnUserPreferenceChanged(Int32, IntPtr, IntPtr)
002ff008 5c882c98 Microsoft.Win32.SystemEvents.WindowProc(IntPtr, Int32, IntPtr, IntPtr)
...

复制代码

底层原理我在 https://www.cnblogs.com/huangxincheng/p/18668388 这一篇中跟大家详细聊过，这里就不细说了，在这里我只要追踪到那个不该出生的control 就算赢了，即Application下的内部类 MarshalingControl，参考代码如下：

namespace WindowsFormsApp1
{
public partial class Form1 : Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent();
var harmony = new Harmony("com.example.marshalingcontrolhook");
harmony.PatchAll();
}
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { }
private void backgroundWorker1_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
Button btn = new Button();
var query = btn.Handle;
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
backgroundWorker1.RunWorkerAsync();
}
}
[HarmonyPatch]
public class MarshalingControlHook
{
[HarmonyTargetMethod]
static MethodBase TargetMethod()
{
var methodInfo = AccessTools.Inner(typeof(Application), "MarshalingControl").Constructor();
return methodInfo;
}
public static void Prefix()
{
Debug.WriteLine("----------------------------");
Debug.WriteLine($"控件创建线程:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
Debug.WriteLine(Environment.StackTrace);
Debug.WriteLine("----------------------------");
}
}
}

复制代码

从卦中可以轻松的看到，原来是用户代码 backgroundWorker1_DoWork 创建的 MarshalingControl 类，自此真相大白。
3. 孤儿锁问题

在大家的潜意识中都会认为lock锁都是有进有出，但在真实的场景下也会存在有进没出的情况，那是什么场景呢？对，就是 lock 处理非托管代码的时候，如果非托管代码意外让当前线程退出，就会遇到这种经典的孤儿锁现象，参考代码如下：

internal class Program
{
[DllImport("Example_20_1_5", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public extern static void dowork();
public static object lockMe = new object();
static void Main(string[] args)
{
var harmony = new Harmony("com.example.monitorhook");
harmony.PatchAll();
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Task.Run(() =>
{
lock (lockMe)
{
Console.WriteLine("1. 调用 C++ 代码...");
dowork();
Console.WriteLine("2. C++ 代码执行完毕...");
}
});
}
Console.ReadLine();
}
}

复制代码

代码中的 dowork 是由 C 实现的，参考如下：

extern "C"
{
_declspec(dllexport) void dowork();
}
#include "iostream"
#include <Windows.h>
using namespace std;
void dowork()
{
ExitThread(0);
}

复制代码

启动程序后，你会发现 !syncblk 中对object的持有线程丢了。。。一旦丢失，就会污染 object的对象头，导致其他线程一直等待持有线程的释放，最终引发程序卡死的灾难后果，参考如下：

0:008> !syncblk
Index SyncBlock MonitorHeld Recursion Owning Thread Info SyncBlock Owner
1 02D562D4 5 1 02D4D400 0 XXX 0504c1b0 System.Object
-----------------------------
Total 2
CCW 0
RCW 0
ComClassFactory 0
Free 0

复制代码

上面的XXX就是丢失的持有线程，接下来的问题就是洞察到底是哪个线程持有锁之后意外退出了。。。这也是 harmony 的强项，我们对 lock 的底层 Monitor.Enter 进行监控，通过 object 的内存地址观察当初是谁调用的，修改后的完整代码如下：

internal class Program
{
[DllImport("Example_20_1_5", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public extern static void dowork();
public static object lockMe = new object();
static void Main(string[] args)
{
var harmony = new Harmony("com.example.monitorhook");
harmony.PatchAll();
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Task.Run(() =>
{
lock (lockMe)
{
Console.WriteLine("1. 调用 C++ 代码...");
dowork();
Console.WriteLine("2. C++ 代码执行完毕...");
}
});
}
Console.ReadLine();
}
} [HarmonyPatch] public class MonitorHook { [HarmonyTargetMethod] static MethodBase TargetMethod() { var enterMethodInfo = AccessTools.Method(typeof(Monitor), "Enter", new[] { typeof(object), typeof(bool).MakeByRefType() }); return enterMethodInfo; } public static unsafe void Postfix(object obj) { void** ptr = (void**)Unsafe.AsPointer(ref obj); //注意：不要使用带 lock 的底层方法，否则会导致死循环，建议将内容通过 c++ 写入。 Debug.WriteLine("-----------------------"); Debug.WriteLine($"对象引用地址: 0x{(long)(*ptr):X8} , tid={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, 调用栈：\n {Environment.StackTrace}"); Debug.WriteLine("-----------------------"); } }

复制代码

程序执行后，观察 output 和 windbg 的输出信息，参考如下：

-----------------------
对象引用地址: 0x057CCFD8 , tid=4, 调用栈：
at System.Environment.get_StackTrace()
at Example_20_1_1.MonitorHook.Postfix(Object obj) in D:\skyfly\20.20250116\src\Example\Example_20_1_1\Program.cs:line 61
at System.Threading.Monitor.Enter_Patch1(Object obj, Boolean& lockTaken)
at Example_20_1_1.Program.<>c.<Main>b__2_0() in D:\skyfly\20.20250116\src\Example\Example_20_1_1\Program.cs:line 31
at System.Threading.Tasks.Task.InnerInvoke()
at System.Threading.Tasks.Task.<>c.<.cctor>b__281_0(Object obj)
at System.Threading.ExecutionContext.RunFromThreadPoolDispatchLoop(Thread threadPoolThread, ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
at System.Threading.Tasks.Task.ExecuteWithThreadLocal(Task& currentTaskSlot, Thread threadPoolThread)
at System.Threading.Tasks.Task.ExecuteEntryUnsafe(Thread threadPoolThread)
at System.Threading.Tasks.Task.ExecuteFromThreadPool(Thread threadPoolThread)
at System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch()
at System.Threading.PortableThreadPool.WorkerThread.WorkerThreadStart()
at System.Threading.Thread.StartCallback()
-----------------------
0:008> !syncblk
Index SyncBlock MonitorHeld Recursion Owning Thread Info SyncBlock Owner
5 0AE90184 5 1 035EC578 0 XXX 057ccfd8 System.Object
-----------------------------
Total 6
CCW 0
RCW 0
ComClassFactory 0
Free 0

复制代码

根据上面调用栈的输出结果，原来这个 057ccfd8 的 object 是由 b__2_0 方法调用的，在真实场景中可能有多处，不过此时我们把范围已经缩小到了极致。
这里还有一个告警点，即我用了 Debug.WriteLine 而没有使用 Console.WriteLine 是因为后者本身就带有锁，使用的话就直接死循环了，建议大家写一个C的导出函数来输出内容。
三：总结

本篇列出的3个案例在.NET高级调试领域中还是非常经典的，如果用的合适，相信对你找出程序的疑难杂症事半功倍。

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