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這篇文章主要介紹“Android ANR的原理是什么”，在日常操作中，相信很多人在Android ANR的原理是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Android ANR的原理是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！
卡頓原理
卡頓監(jiān)控
ANR原理
主線程有耗時操作會導(dǎo)致卡頓，卡頓超過閥值，觸發(fā)ANR。 應(yīng)用進(jìn)程啟動時候，Zygote會反射調(diào)用ActivityThread的main方法，啟動loop循環(huán)。 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(yùn)行消息隊列。一定要調(diào)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(diào)
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(diào)
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
}
}loop中for循環(huán)存在，主線程可以長時間運(yùn)行。在主線程執(zhí)行任務(wù)，可以通過Handler post一個任務(wù)到消息隊列去，loop循環(huán)拿到msg，交給msg的target(Handler)處理。
可能導(dǎo)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(dāng)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(dāng)于被設(shè)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(huán)到注視1，nativePollOnce為-1，會一直阻塞
// No more messages.
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
}
}MessageQueue是鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，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(huán)調(diào)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(diào)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(diào)用nativePollOnce阻塞，底層是Linux的epoll機(jī)制，Linux IO多路復(fù)用。
Linux IO多路復(fù)用方案有select、poll、epoll。其中epoll性能最優(yōu)，支持并發(fā)量最大。
select： 是操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，可以把文件描述符的數(shù)組發(fā)給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)去遍歷，確定哪個描述符可以讀寫，告訴我們?nèi)ヌ幚怼?/p>
poll：和select主要區(qū)別，去掉了select只能監(jiān)聽1024個文件描述符的限制。
epoll：針對select的三個可優(yōu)化點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。
1、內(nèi)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(nèi)核修改部分。 2、內(nèi)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(nèi)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(diào)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(tǒng)高優(yōu)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(wù)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(jiān)聽，Choreographer$FrameDisplayEventReceiver監(jiān)聽接收vsync信號回調(diào)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(fā)送異步消息
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
}
@Override
public void run() {
// 2、doFrame優(yōu)先執(zhí)行
doFrame(mTimestampNanos, mFrame);
}
}收到Vsync信號回調(diào)，注釋1往主線程MessageQueue post一個異步消息，保證注釋2的doFrame優(yōu)先執(zhí)行。
doFrame才是View真正開始繪制的地方，會調(diào)用ViewRootIml的doTraversal、performTraversals，而performTraversals里面會調(diào)用View的onMeasure、onLayout、onDraw。
雖然app無法發(fā)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(jǐn)慎使用異步消息，使用不當(dāng)，可能出現(xiàn)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(gòu)造方法傳CallBack
Handler重寫handlerMessage方法
應(yīng)用卡頓，一般都是Handler處理消息太耗時導(dǎo)致的（方法本身、算法效率、cpu被搶占、內(nèi)存不足、IPC超時等）
卡頓監(jiān)控方案一 Looper#loop
// 在線程中運(yùn)行消息隊列。一定要調(diào)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(diào)
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(diào)
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(jiān)聽Handler耗時，通過Looper.getMainLooper().setMessageLogging(printer)，拿到消息前后的時間。監(jiān)聽到卡頓后，dispatchMessage早已調(diào)用結(jié)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(fā)生卡頓，取出卡頓時間內(nèi)的堆?？尚小＿m合線下使用。
logging.println存在字符串拼接，頻繁調(diào)用，創(chuàng)建大量對象，內(nèi)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(yùn)行。
卡頓監(jiān)控方案二
對于線上卡頓監(jiān)控，需要字節(jié)碼插樁技術(shù)。
通過Gradle Plugin+ASM,編譯期在每個方法開始和結(jié)束位置分別插入一行代碼，統(tǒng)計耗時。例如微信Matrix使用的卡頓監(jiān)控方案。注意問題：
避免方法數(shù)暴增：分配獨(dú)立ID作為參數(shù)
過濾簡單函數(shù)：添加黑明單降低非必要函數(shù)統(tǒng)計
微信Matrix做大量優(yōu)化，包體積增加1%～2%，幀率下降2幀以內(nèi)，灰度包使用。
Service Timeout:前臺服務(wù)20s內(nèi)未執(zhí)行完成，后臺服務(wù)是10s
BroadcastQueue Timeout：前臺廣播10s內(nèi)執(zhí)行完成，后臺60s
ContentProvider Timeout:publish超時10s
InputDispatching Timeout:輸入事件分發(fā)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(fā)流程
埋炸彈
后臺sevice調(diào)用：Context.startService--> AMS.startService--> ActiveService.startService--> ActiveService.realStartServiceLocked
private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r,
ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {
// 1、發(fā)送delay消息(SERVICE_TIMEOUT_MSG)
bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, "create");
try {
// 2、通知AMS創(chuàng)建服務(wù)
app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo,
mAm.compatibilityInfoForPackage(r.serviceInfo.applicationInfo),
app.getReportedProcState());
}
}注釋1內(nèi)部調(diào)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(fā)送delay消息，前臺服務(wù)是20s，后臺服務(wù)是200s
mAm.mHandler.sendMessageDelayed(msg,
proc.execServicesFg ? SERVICE_TIMEOUT : SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT);
}注釋2通知AMS啟動服務(wù)前，注釋1發(fā)送handler延遲消息，20s內(nèi)(前臺服務(wù))沒有處理完，則ActiveServices#serviceTimeout被調(diào)用。
拆炸彈
啟動一個Service，先要經(jīng)過AMS管理，然后AMS通知應(yīng)用執(zhí)行Service的生命周期，ActivityThread的handlerCreateService方法被調(diào)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(diào)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(diào)用 注釋2，調(diào)用AMS的serviceDoneExecuting方法，最終會調(diào)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(diào)用后，就會移除delay消息，炸彈拆除。
引爆炸彈，假設(shè)Service的onCreate執(zhí)行超過10s，那么炸彈就會引爆，也就是ActiveServices#serviceTimeout方法會被調(diào)用。api29
void serviceTimeout(ProcessRecord proc) {
if (anrMessage != null) {
proc.appNotResponding(null, null, null, null, false, anrMessage);
}
}所有ANR，最終帶調(diào)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(fā)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drapbox
mService.addErrorToDropBox("anr", this, processName, activityShortComponentName,
parentShortComponentName, parentPr, annotation, cpuInfo, tracesFile, null);
synchronized (mService) {
// 7、后臺ANR，直接殺進(jìn)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(diào)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(fā)SIGNAL_QUIT信號，觸發(fā)收集線程堆棧信息流程，寫入traceFile
輸出到drapbox
后臺ANR，直接殺進(jìn)程
錯誤報告
彈出ANR dialog 調(diào)用AppErrors#handleShowAnrUi方法。
ANR觸發(fā)流程，埋炸彈--》拆炸彈的過程 啟動Service，onCreate方法調(diào)用之前會使用Handler延時10s的消息，Service的onCreate方法執(zhí)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(fā)ANR，收集cpu、堆棧消息，彈ANR dialog
抓取系統(tǒng)的data/anr/trace.txt文件，但是高版本系統(tǒng)需要root權(quán)限才能讀取這個目錄。
ANRWatchDog github.com/SalomonBrys…
自動檢測ANR開源庫
到此，關(guān)于“Android ANR的原理是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！
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