Android ANR原理分析
主線程有耗時操作會導致卡頓，卡頓超過閥值，觸發ANR。 應用進程啟動時候，Zygote會反射調用ActivityThread的main方法，啟動loop循環。 ActivityThread（api29）
public static void main(String[] args) {Looper.prepareMainLooper();...Looper.loop();throw new RuntimeException('Main thread loop unexpectedly exited'); }
Looper的loop方法：
// 在線程中運行消息隊列。一定要調用public static void loop() {for (;;) { // 1、取消息 Message msg = queue.next(); // might block ... // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger // 2、消息處理前回調 final Printer logging = me.mLogging; if (logging != null) {logging.println('>>>>> Dispatching to ' + msg.target + ' ' +msg.callback + ': ' + msg.what); } ... // 3、消息開始處理 msg.target.dispatchMessage(msg); ... // 4、消息處理完回調 if (logging != null) {logging.println('<<<<< Finished to ' + msg.target + ' ' + msg.callback); }}}
loop中for循環存在，主線程可以長時間運行。在主線程執行任務，可以通過Handler post一個任務到消息隊列去，loop循環拿到msg，交給msg的target(Handler)處理。
可能導致卡頓兩個地方：
注釋1 queue.next() 注釋3 dispatchMessage耗時MessageQueue.next 耗時代碼(api29)
@UnsupportedAppUsage Message next() {for (;;) { // 1、nextPollTimeoutMillis不為0則阻塞 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); // 2、先判斷當前第一條消息是不是同步屏障消息， if (msg != null && msg.target == null) { // 3、遇到同步屏障消息，就跳過去取后面的異步消息來處理，同步消息相當于被設立了屏障 // Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue. do {prevMsg = msg;msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); } // 4、正常消息處理，判斷是否延時 if (msg != null) { if (now < msg.when) {// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE); } else {// Got a message.mBlocked = false;if (prevMsg != null) { prevMsg.next = msg.next;} else { mMessages = msg.next;}msg.next = null;if (DEBUG) Log.v(TAG, 'Returning message: ' + msg);msg.markInUse();return msg; }} else { // 5、如果沒有取到異步消息，下次循環到注視1，nativePollOnce為-1，會一直阻塞 // No more messages. nextPollTimeoutMillis = -1;}} } MessageQueue是鏈表數據結構，判斷MessageQueue頭部（第一個消息）是不是同步屏障消息(給同步消息加一層屏障，讓同步消息不被處理，只會處理異步消息)； 如果遇到同步屏障消息，就會跳過MessageQueue中同步消息，只會處理里面的異步消息來處理。如果沒有異步消息則到注釋5，nextPollTimeoutMillis為-1，下次循環調用注釋1的nativePollOnce就會阻塞； 如果looper能正常獲取消息，不論異步/同步消息，處理流程一樣，在注釋4，判斷是否延時，如果是，nextPollTimeoutMillis被賦值，下次調用注釋1的nativePollOnce就會阻塞一段時間。如果不是delay消息，直接返回msg，給handler處理。
next方法不斷從MessageQueue取消息，有消息就處理，沒有消息就調用nativePollOnce阻塞，底層是Linux的epoll機制，Linux IO多路復用。
Linux IO多路復用方案有select、poll、epoll。其中epoll性能最優，支持并發量最大。
select： 是操作系統提供的系統調用函數，可以把文件描述符的數組發給操作系統，操作系統去遍歷，確定哪個描述符可以讀寫，告訴我們去處理。 poll：和select主要區別，去掉了select只能監聽1024個文件描述符的限制。 epoll：針對select的三個可優化點進行改進。1、內核中保持一份文件描述符集合，無需用戶每次重新傳入，只需要告訴內核修改部分。2、內核不再通過輪詢方式找到就緒的文件描述符，通過異步IO事件喚醒。3、內核僅會將有IO的文件描述符返回給用戶，用戶無需遍歷整個文件描述符集合。
同步屏障消息
Android App是無法直接調用同步消息屏障的，MessageQueue（api29）代碼
@TestApi public int postSyncBarrier() {return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis()); } private int postSyncBarrier(long when) {... }
系統高優先級的操作使用到同步屏障消息，例如：View繪制的時候ViewRootImpl的scheduleTraversals方法，插入同步屏障消息，繪制完成后移除同步屏障消息。ViewRootImpl api29
@UnsupportedAppUsage void scheduleTraversals() {if (!mTraversalScheduled) { mTraversalScheduled = true; mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier(); mChoreographer.postCallback( Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null); if (!mUnbufferedInputDispatch) {scheduleConsumeBatchedInput(); } notifyRendererOfFramePending(); pokeDrawLockIfNeeded();} }void unscheduleTraversals() {if (mTraversalScheduled) { mTraversalScheduled = false; mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier); mChoreographer.removeCallbacks( Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);} }
為了保證View的繪制過程不被主線程其他任務影響，View在繪制之前會先往MessageQueue插入同步屏障消息，然后再注冊Vsync信號監聽，Choreographer$FrameDisplayEventReceiver監聽接收vsync信號回調的。
private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver implements Runnable { @Override public void onVsync(long timestampNanos, long physicalDisplayId, int frame) {Message msg = Message.obtain(mHandler, this);// 1、發送異步消息msg.setAsynchronous(true);mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS); } @Override public void run() {// 2、doFrame優先執行doFrame(mTimestampNanos, mFrame); } }
收到Vsync信號回調，注釋1往主線程MessageQueue post一個異步消息，保證注釋2的doFrame優先執行。
doFrame才是View真正開始繪制的地方，會調用ViewRootIml的doTraversal、performTraversals，而performTraversals里面會調用View的onMeasure、onLayout、onDraw。
雖然app無法發送同步屏障消息，但是使用異步消息是允許的。
異步消息 SDK中限制了App不能post異步消息到MessageQueue中，Message類
@UnsupportedAppUsage /*package*/ int flags;
謹慎使用異步消息，使用不當，可能出現主線程假死。
Handler#dispatchMessage
/** * Handle system messages here. */ public void dispatchMessage(@NonNull Message msg) {if (msg.callback != null) { handleCallback(msg);} else { if (mCallback != null) {if (mCallback.handleMessage(msg)) { return;} } handleMessage(msg);} } Handler#post(Runnable r) 構造方法傳CallBack Handler重寫handlerMessage方法
應用卡頓，一般都是Handler處理消息太耗時導致的（方法本身、算法效率、cpu被搶占、內存不足、IPC超時等）
卡頓監控卡頓監控方案一 Looper#loop
// 在線程中運行消息隊列。一定要調用public static void loop() {for (;;) { // 1、取消息 Message msg = queue.next(); // might block ... // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger // 2、消息處理前回調 final Printer logging = me.mLogging; if (logging != null) {logging.println('>>>>> Dispatching to ' + msg.target + ' ' +msg.callback + ': ' + msg.what); } ... // 3、消息開始處理 msg.target.dispatchMessage(msg); ... // 4、消息處理完回調 if (logging != null) {logging.println('<<<<< Finished to ' + msg.target + ' ' + msg.callback); }}}
注釋2和4的logging.println是api提供接口，可監聽Handler耗時，通過Looper.getMainLooper().setMessageLogging(printer)，拿到消息前后的時間。監聽到卡頓后，dispatchMessage早已調用結束，堆棧不包含卡頓代碼。
定時獲取主線程堆棧，時間為key，堆棧信息為value，保存map中，發生卡頓，取出卡頓時間內的堆?？尚小＿m合線下使用。
logging.println存在字符串拼接，頻繁調用，創建大量對象，內存抖動。 后臺頻繁獲取主線程堆棧，對性能影響，獲取主線程堆棧，暫停主線程的運行。卡頓監控方案二
對于線上卡頓監控，需要字節碼插樁技術。
通過Gradle Plugin+ASM,編譯期在每個方法開始和結束位置分別插入一行代碼，統計耗時。例如微信Matrix使用的卡頓監控方案。注意問題：
避免方法數暴增：分配獨立ID作為參數 過濾簡單函數：添加黑明單降低非必要函數統計微信Matrix做大量優化，包體積增加1%～2%，幀率下降2幀以內，灰度包使用。
ANR原理 Service Timeout:前臺服務20s內未執行完成，后臺服務是10s BroadcastQueue Timeout：前臺廣播10s內執行完成，后臺60s ContentProvider Timeout:publish超時10s InputDispatching Timeout:輸入事件分發超過5s，包括按鍵和觸摸事件。ActivityManagerService api29
// How long we allow a receiver to run before giving up on it. static final int BROADCAST_FG_TIMEOUT = 10*1000; static final int BROADCAST_BG_TIMEOUT = 60*1000;
ANR觸發流程
埋炸彈
后臺sevice調用：Context.startService--> AMS.startService--> ActiveService.startService--> ActiveService.realStartServiceLocked
private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r, ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {// 1、發送delay消息(SERVICE_TIMEOUT_MSG)bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, 'create');try { // 2、通知AMS創建服務 app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo, mAm.compatibilityInfoForPackage(r.serviceInfo.applicationInfo), app.getReportedProcState());} }
注釋1內部調用scheduleServiceTimeoutLocked
void scheduleServiceTimeoutLocked(ProcessRecord proc) {if (proc.executingServices.size() == 0 || proc.thread == null) { return;}Message msg = mAm.mHandler.obtainMessage(ActivityManagerService.SERVICE_TIMEOUT_MSG);msg.obj = proc;// 發送delay消息，前臺服務是20s，后臺服務是200smAm.mHandler.sendMessageDelayed(msg,proc.execServicesFg ? SERVICE_TIMEOUT : SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT); }
注釋2通知AMS啟動服務前，注釋1發送handler延遲消息，20s內(前臺服務)沒有處理完，則ActiveServices#serviceTimeout被調用。
拆炸彈
啟動一個Service，先要經過AMS管理，然后AMS通知應用執行Service的生命周期，ActivityThread的handlerCreateService方法被調用。
@UnsupportedAppUsage private void handleCreateService(CreateServiceData data) {try { Application app = packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation); service.attach(context, this, data.info.name, data.token, app, ActivityManager.getService()); // 1、service onCreate調用 service.onCreate(); mServices.put(data.token, service); try {// 2、拆炸彈ActivityManager.getService().serviceDoneExecuting(data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0); } catch (RemoteException e) {throw e.rethrowFromSystemServer(); }} }
注釋1，Service的onCreate方法被調用 注釋2，調用AMS的serviceDoneExecuting方法，最終會調用ActiveServices.serviceDoneExecutingLocked
private void serviceDoneExecutingLocked(ServiceRecord r, boolean inDestroying, boolean finishing) {//移除delay消息 mAm.mHandler.removeMessages(ActivityManagerService.SERVICE_TIMEOUT_MSG, r.app); }
onCreate調用后，就會移除delay消息，炸彈拆除。
引爆炸彈，假設Service的onCreate執行超過10s，那么炸彈就會引爆，也就是ActiveServices#serviceTimeout方法會被調用。api29
void serviceTimeout(ProcessRecord proc) {if (anrMessage != null) { proc.appNotResponding(null, null, null, null, false, anrMessage);}}
所有ANR，最終帶調用ProcessRecord的appNotResponding方法。api29
void appNotResponding(String activityShortComponentName, ApplicationInfo aInfo, String parentShortComponentName, WindowProcessController parentProcess, boolean aboveSystem, String annotation) {// 1、寫入event log// Log the ANR to the event log.EventLog.writeEvent(EventLogTags.AM_ANR, userId, pid, processName, info.flags, annotation);// 2、收集需要的log、anr、cpu等，放到StringBuilder中。// Log the ANR to the main log.StringBuilder info = new StringBuilder();info.setLength(0);info.append('ANR in ').append(processName);if (activityShortComponentName != null) { info.append(' (').append(activityShortComponentName).append(')');}info.append('n');info.append('PID: ').append(pid).append('n');if (annotation != null) { info.append('Reason: ').append(annotation).append('n');}if (parentShortComponentName != null&& parentShortComponentName.equals(activityShortComponentName)) { info.append('Parent: ').append(parentShortComponentName).append('n');}ProcessCpuTracker processCpuTracker = new ProcessCpuTracker(true);// 3、dump堆棧信息，包括java堆棧和native堆棧，保存到文件中// For background ANRs, don’t pass the ProcessCpuTracker to// avoid spending 1/2 second collecting stats to rank lastPids.File tracesFile = ActivityManagerService.dumpStackTraces(firstPids,(isSilentAnr()) ? null : processCpuTracker, (isSilentAnr()) ? null : lastPids,nativePids);String cpuInfo = null;// 4、輸出ANR日志Slog.e(TAG, info.toString());if (tracesFile == null) { // 5、沒有抓到tracesFile，發一個SIGNAL_QUIT信號 // There is no trace file, so dump (only) the alleged culprit’s threads to the log Process.sendSignal(pid, Process.SIGNAL_QUIT);}// 6、輸出到drapboxmService.addErrorToDropBox('anr', this, processName, activityShortComponentName,parentShortComponentName, parentPr, annotation, cpuInfo, tracesFile, null);synchronized (mService) { // 7、后臺ANR，直接殺進程 if (isSilentAnr() && !isDebugging()) {kill('bg anr', true);return; } // 8、錯誤報告 // Set the app’s notResponding state, and look up the errorReportReceiver makeAppNotRespondingLocked(activityShortComponentName, annotation != null ? 'ANR ' + annotation : 'ANR', info.toString()); // 9、彈出ANR dialog，會調用handleShowAnrUi方法 Message msg = Message.obtain(); msg.what = ActivityManagerService.SHOW_NOT_RESPONDING_UI_MSG; msg.obj = new AppNotRespondingDialog.Data(this, aInfo, aboveSystem); mService.mUiHandler.sendMessage(msg);} } 寫入event log 寫入main log 生成tracesFile 輸出ANR logcat（控制臺可以看到） 如果沒有獲取tracesFile，會發SIGNAL_QUIT信號，觸發收集線程堆棧信息流程，寫入traceFile 輸出到drapbox 后臺ANR，直接殺進程 錯誤報告 彈出ANR dialog 調用AppErrors#handleShowAnrUi方法。
ANR觸發流程，埋炸彈--》拆炸彈的過程啟動Service，onCreate方法調用之前會使用Handler延時10s的消息，Service的onCreate方法執行完，會把延遲消息移除掉。假如Service的onCreate方法耗時超過10s，延時消息就會被正常處理，觸發ANR，收集cpu、堆棧消息，彈ANR dialog
抓取系統的data/anr/trace.txt文件，但是高版本系統需要root權限才能讀取這個目錄。
ANRWatchDog github.com/SalomonBrys…
自動檢測ANR開源庫
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