Android ANR原理分析

目录卡顿原理卡顿监控ANR原理卡顿原理

主线程有耗时操作会导致卡顿，卡顿超过阀值，触发ANR。 应用进程启动时候，Zygote会反射调用ActivityThread的main方法，启动loop循环。 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：

// 在线程中运行消息队列。一定要调用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、消息处理前回调 final Printer logging = me.mLogging; if (logging != null) {logging.println('>>>>> Dispatching to ' + msg.target + ' ' +msg.callback + ': ' + msg.what); } ... // 3、消息开始处理 msg.target.dispatchMessage(msg); ... // 4、消息处理完回调 if (logging != null) {logging.println('<<<<< Finished to ' + msg.target + ' ' + msg.callback); }}}

loop中for循环存在，主线程可以长时间运行。在主线程执行任务，可以通过Handler post一个任务到消息队列去，loop循环拿到msg，交给msg的target(Handler)处理。

可能导致卡顿两个地方：

注释1 queue.next() 注释3 dispatchMessage耗时

MessageQueue.next 耗时代码(api29)

@UnsupportedAppUsage Message next() {for (;;) { // 1、nextPollTimeoutMillis不为0则阻塞 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis); // 2、先判断当前第一条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，就跳过去取后面的异步消息来处理，同步消息相当于被设立了屏障 // Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue. do {prevMsg = msg;msg = msg.next; } while (msg != null && !msg.isAsynchronous()); } // 4、正常消息处理，判断是否延时 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、如果没有取到异步消息，下次循环到注视1，nativePollOnce为-1，会一直阻塞 // No more messages. nextPollTimeoutMillis = -1;}} } MessageQueue是链表数据结构，判断MessageQueue头部（第一个消息）是不是同步屏障消息(给同步消息加一层屏障，让同步消息不被处理，只会处理异步消息)； 如果遇到同步屏障消息，就会跳过MessageQueue中同步消息，只会处理里面的异步消息来处理。如果没有异步消息则到注释5，nextPollTimeoutMillis为-1，下次循环调用注释1的nativePollOnce就会阻塞； 如果looper能正常获取消息，不论异步/同步消息，处理流程一样，在注释4，判断是否延时，如果是，nextPollTimeoutMillis被赋值，下次调用注释1的nativePollOnce就会阻塞一段时间。如果不是delay消息，直接返回msg，给handler处理。

next方法不断从MessageQueue取消息，有消息就处理，没有消息就调用nativePollOnce阻塞，底层是Linux的epoll机制，Linux IO多路复用。

Linux IO多路复用方案有select、poll、epoll。其中epoll性能最优，支持并发量最大。

select： 是操作系统提供的系统调用函数，可以把文件描述符的数组发给操作系统，操作系统去遍历，确定哪个描述符可以读写，告诉我们去处理。 poll：和select主要区别，去掉了select只能监听1024个文件描述符的限制。 epoll：针对select的三个可优化点进行改进。

1、内核中保持一份文件描述符集合，无需用户每次重新传入，只需要告诉内核修改部分。2、内核不再通过轮询方式找到就绪的文件描述符，通过异步IO事件唤醒。3、内核仅会将有IO的文件描述符返回给用户，用户无需遍历整个文件描述符集合。

同步屏障消息

Android App是无法直接调用同步消息屏障的，MessageQueue（api29）代码

@TestApi public int postSyncBarrier() {return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis()); } private int postSyncBarrier(long when) {... }

系统高优先级的操作使用到同步屏障消息，例如：View绘制的时候ViewRootImpl的scheduleTraversals方法，插入同步屏障消息，绘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);} }

为了保证View的绘制过程不被主线程其他任务影响，View在绘制之前会先往MessageQueue插入同步屏障消息，然后再注册Vsync信号监听，Choreographer$FrameDisplayEventReceiver监听接收vsync信号回调的。

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、发送异步消息msg.setAsynchronous(true);mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS); } @Override public void run() {// 2、doFrame优先执行doFrame(mTimestampNanos, mFrame); } }

收到Vsync信号回调，注释1往主线程MessageQueue post一个异步消息，保证注释2的doFrame优先执行。

doFrame才是View真正开始绘制的地方，会调用ViewRootIml的doTraversal、performTraversals，而performTraversals里面会调用View的onMeasure、onLayout、onDraw。

虽然app无法发送同步屏障消息，但是使用异步消息是允许的。

异步消息 SDK中限制了App不能post异步消息到MessageQueue中，Message类

@UnsupportedAppUsage /*package*/ int flags;

谨慎使用异步消息，使用不当，可能出现主线程假死。

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) 构造方法传CallBack Handler重写handlerMessage方法

应用卡顿，一般都是Handler处理消息太耗时导致的（方法本身、算法效率、cpu被抢占、内存不足、IPC超时等）

卡顿监控

卡顿监控方案一 Looper#loop

// 在线程中运行消息队列。一定要调用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、消息处理前回调 final Printer logging = me.mLogging; if (logging != null) {logging.println('>>>>> Dispatching to ' + msg.target + ' ' +msg.callback + ': ' + msg.what); } ... // 3、消息开始处理 msg.target.dispatchMessage(msg); ... // 4、消息处理完回调 if (logging != null) {logging.println('<<<<< Finished to ' + msg.target + ' ' + msg.callback); }}}

注释2和4的logging.println是api提供接口，可监听Handler耗时，通过Looper.getMainLooper().setMessageLogging(printer)，拿到消息前后的时间。监听到卡顿后，dispatchMessage早已调用结束，堆栈不包含卡顿代码。

定时获取主线程堆栈，时间为key，堆栈信息为value，保存map中，发生卡顿，取出卡顿时间内的堆栈可行。适合线下使用。

logging.println存在字符串拼接，频繁调用，创建大量对象，内存抖动。 后台频繁获取主线程堆栈，对性能影响，获取主线程堆栈，暂停主线程的运行。

卡顿监控方案二

对于线上卡顿监控，需要字节码插桩技术。

通过Gradle Plugin+ASM,编译期在每个方法开始和结束位置分别插入一行代码，统计耗时。例如微信Matrix使用的卡顿监控方案。注意问题：

避免方法数暴增：分配独立ID作为参数 过滤简单函数：添加黑明单降低非必要函数统计

微信Matrix做大量优化，包体积增加1%～2%，帧率下降2帧以内，灰度包使用。

ANR原理 Service Timeout:前台服务20s内未执行完成，后台服务是10s BroadcastQueue Timeout：前台广播10s内执行完成，后台60s ContentProvider Timeout:publish超时10s InputDispatching Timeout:输入事件分发超过5s，包括按键和触摸事件。

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触发流程

埋炸弹

后台sevice调用：Context.startService--> AMS.startService--> ActiveService.startService--> ActiveService.realStartServiceLocked

private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r, ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {// 1、发送delay消息(SERVICE_TIMEOUT_MSG)bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, 'create');try { // 2、通知AMS创建服务 app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo, mAm.compatibilityInfoForPackage(r.serviceInfo.applicationInfo), app.getReportedProcState());} }

注释1内部调用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;// 发送delay消息，前台服务是20s，后台服务是200smAm.mHandler.sendMessageDelayed(msg,proc.execServicesFg ? SERVICE_TIMEOUT : SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT); }

注释2通知AMS启动服务前，注释1发送handler延迟消息，20s内(前台服务)没有处理完，则ActiveServices#serviceTimeout被调用。

拆炸弹

启动一个Service，先要经过AMS管理，然后AMS通知应用执行Service的生命周期，ActivityThread的handlerCreateService方法被调用。

@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调用 service.onCreate(); mServices.put(data.token, service); try {// 2、拆炸弹ActivityManager.getService().serviceDoneExecuting(data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0); } catch (RemoteException e) {throw e.rethrowFromSystemServer(); }} }

注释1，Service的onCreate方法被调用 注释2，调用AMS的serviceDoneExecuting方法，最终会调用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调用后，就会移除delay消息，炸弹拆除。

引爆炸弹，假设Service的onCreate执行超过10s，那么炸弹就会引爆，也就是ActiveServices#serviceTimeout方法会被调用。api29

void serviceTimeout(ProcessRecord proc) {if (anrMessage != null) { proc.appNotResponding(null, null, null, null, false, anrMessage);}}

所有ANR，最终带调用ProcessRecord的appNotResponding方法。api29

void appNotResponding(String activityShortComponentName, ApplicationInfo aInfo, String parentShortComponentName, WindowProcessController parentProcess, boolean aboveSystem, String annotation) {// 1、写入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堆栈信息，包括java堆栈和native堆栈，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、输出ANR日志Slog.e(TAG, info.toString());if (tracesFile == null) { // 5、没有抓到tracesFile，发一个SIGNAL_QUIT信号 // There is no trace file, so dump (only) the alleged culprit’s threads to the log Process.sendSignal(pid, Process.SIGNAL_QUIT);}// 6、输出到drapboxmService.addErrorToDropBox('anr', this, processName, activityShortComponentName,parentShortComponentName, parentPr, annotation, cpuInfo, tracesFile, null);synchronized (mService) { // 7、后台ANR，直接杀进程 if (isSilentAnr() && !isDebugging()) {kill('bg anr', true);return; } // 8、错误报告 // Set the app’s notResponding state, and look up the errorReportReceiver makeAppNotRespondingLocked(activityShortComponentName, annotation != null ? 'ANR ' + annotation : 'ANR', info.toString()); // 9、弹出ANR dialog，会调用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);} } 写入event log 写入main log 生成tracesFile 输出ANR logcat（控制台可以看到） 如果没有获取tracesFile，会发SIGNAL_QUIT信号，触发收集线程堆栈信息流程，写入traceFile 输出到drapbox 后台ANR，直接杀进程 错误报告 弹出ANR dialog 调用AppErrors#handleShowAnrUi方法。

ANR触发流程，埋炸弹--》拆炸弹的过程启动Service，onCreate方法调用之前会使用Handler延时10s的消息，Service的onCreate方法执行完，会把延迟消息移除掉。假如Service的onCreate方法耗时超过10s，延时消息就会被正常处理，触发ANR，收集cpu、堆栈消息，弹ANR dialog

抓取系统的data/anr/trace.txt文件，但是高版本系统需要root权限才能读取这个目录。

ANRWatchDog github.com/SalomonBrys…

自动检测ANR开源库

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