深入理解ANR

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关于ANR,以前只知道Activity、BroadCastReceiver、Service三种组件的ANR时限、一般采用哪些方式避免ANR、以及通过data/anr/traces.txt去分析ANR原因,感觉好像这就够用了。

但是,前几天看源码的时候,脑海里突然跳出一个问题:

ANR是怎么判断的5秒还是10秒?

这个问题迅速扩大为一连串问题:

·ANR的时间定义在哪些文件里?

·ANR是怎么计时的?

·是谁在监控ANR?

·所有的ANR都会弹窗吗?

·traces.txt能记录多少内容?

·ANR一定是app代码问题导致的吗?

带着这些问题,我找到了几篇不错的技术文章,又对照源码了解了一些底层的实现机制,在这里总结一下,也有助于深入理解ANR。

ANR机制的基本原理

任何功能都有个执行者,以及业务逻辑的实现原理,在ANR上,就是两个问题:

1.ANR是谁做的

ANR不可能是在应用层做的,有两个理由:

从能力上,发生ANR时,App自己已经死掉了,没有能力处理;

从安全上,App的安全事实上是不可控的,如果有恶意App故意不处理ANR,设备就废了。

所以,ANR的监控和处理,只能是在系统层做的。

系统层要做ANR的话,我们首先想到是在AMS,因为AMS管理着所有的组件,也只有AMS知道组件是什么时候启动的,以便判断是否触发了ANR。

不过,实际上,还有Activity Service,Input Manager Service这些服务,也参与了ANR的管理。

2.ANR是怎么判断超时时间的

这个问题,其实就是怎样定义超时时间、什么时候开始计时、以及如何计时的问题。

ANR超时时间的定义,是在执行者,也就是系统服务那里定义的,这个容易理解。

ANR从什么时候开始计时呢,在Android中,实际上是系统服务在控制每个组件的生命周期回调,所以可以在这个逻辑入口开始计时。

至于如何计时的问题,其实Android系统里已经有一个时间相对准确的机制,就是Handler机制,可以用Handler机制发送延时消息,如果超时了,就发出ANR,如果没有超时,就取消队列里的延时消息,这就解决了计时的问题。

这样看来,ANR的基本原理如下:

ANR机制的基本原理

不过,
这个机制并不完全

,在判断Activity的InputDispatching超时的情况下,是InputDispatcher发现上一个事件没有处理完,新的事件又进来了,才会去走ANR。

各组件触发ANR的过程

会产生ANR的,包括Activity、Service、BroadCastReceiver、ContentProvider和Application,他们各自的ANR过程都有些不同,我们先从简单的看起。

1.BroadCastReceiver

时间定义

广播的超时时间是定义在AMS里:

BROADCAST_FG_TIMEOUT:10s

BROADCAST_BG_TIMEOUT:60s

前/后台广播是在发送Intent时,在intent.addFlag里定义的。

触发时机

当AMS处理广播时,会调用processNextBroadcast函数,这里面会处理并行广播和串行广播,其中,并行广播是单向通知,不需要等待反馈,所以 并行广播没有ANR

在处理串行广播时:

首先,判断是否已经有一个广播超时消息;

然后,根据目标进程优先级,分别在前台队列和后台队列(超时时限不同)中排队处理;

接下来,根据不同的队列,发出不同延时的ANR消息;

如果处理及时,取消延时消息;

如果处理超时,触发ANR;

ANR处理

广播的ANR处理相对简单,主要是再次判断是否超时、记录日志,记录ANR次数等。

然后就继续调用processNextBroadcast函数,处理下一条广播了。

2.Service

Service真正的管理者是ActiveServices,AMS虽然会去交互与通信,但在启动服务时,是交给ActiveServices去做的。

时间定义

服务的超时时间是定义在AS里:

SERVICE_TIMEOUT:20s;

SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT:200s;

在ActiveService执行startServiceLocked启动服务时,会判断启动服务的发起方的进程(Process.THREAD_GROUP_BG_NONINTERACTIVE),以便选择不同的超时时间。

触发时机

ActivityServices会调用realStartServiceLocked函数启动Service,最前面会先发送一个延迟消息,sendMessageAtTime(msg,time);其中的time,是在最开始startServiceLocked函数中判断出前/后台进程,然后装在ServiceRecord中,一路传过来的。

如果Service操作执行完毕,会执行serviceDoneExecutingLocked,这里面会移除延迟消息。

如果Service执行超时,会执行mServices.serviceTimeout。

ANR处理

其实Service的ANR处理也相对简单,记录日志,清理anr活动等。

mServices.serviceTimeout((ProcessRecord)msg.obj)函数里,提供了进程信息。

3.ContentProvider

ContentProvider也是会ANR的,如果AMS中的ContentProviderClient在处理中超时,也可以启动ANR,超时时间和是否使用,由开发者决定:

CONTENT_PROVIDER_PUBLISH_TIMEOUT:10s

CONTENT_PROVIDER_RETAIN_TIME:20s

4.Application

Application的启动是执行在主线程的,attachBaseContext和onCreate等回调也是在主线程的,这里如果出现ANR,会影响到当前组件的运行。

5.Activity

Activity的ANR是相对最复杂的,也只有Activity中出现的ANR会弹出ANR提示框。

InputDispatching

Activity最主要的功能之一是交互,为了方便交互,Android中的InputDispatcher会发出操作事件,最终在Input Manager Service中发出事件,通过InputChannel,向Activity分发事件。

交互事件必须得到响应,如果不能及时处理,IMS就会报出ANR,交给AMS去弹出ANR提示框。

KeyDispatching

如果输入是个Key事件,会从IMS进入ActivityRecord.Token.keyDispatchingTimeOut,然后进入AMS处理,不同的是,在ActivityRecord中,会先截留一次Key的不响应,只有当Key连续第二次处理超时,才会弹出ANR提示框。

窗口焦点

Activity总是需要有一个当前窗口来响应事件的,但如果迟迟没有当前窗口(获得焦点),比如在Activity切换时,旧Activity已经onPause,新的Activity一直没有onResume,持续超过5秒,就会ANR。

App的生命周期太慢,或CPU资源不足,或WMS异常,都可能导致窗口焦点。

时间定义

在AMS中定义

KEY_DISPATCHING_TIMEOUT:5s

INSTRUMENTATION_KEY_DISPATCHING_TIMEOUT :60s

触发时机

输入界面的触发时机,绝不是尽快提示ANR,而是尽量不提示ANR,因为ANR一旦提示出来,App一般也就关掉了。

对于InputDispatcher来说,如果有新的输入事件时,上一个输入事件还没有处理完,才会通知IMS去判断,是否需要处理ANR。

ANR处理

首先,写日志(data/anr/traces.txt)。

然后,会发出一个Message,弹出ANR提示框。

ANR的处理和日志

ANR是在AMS的appNotResponding函数中处理的,主要是记录日志,和弹出提示。

如何记录

log日志记录在data/anr/traces.txt文件中,这个文件每次只记录最近的一次ANR,有可能记录失败。

文件内容包括dump栈,CPU负载,IO Wait等

如何解读

分析ANR,除了检查代码的生命周期函数是否有耗时操作,还可以分析traces日志,分析角度主要包括:

1.栈信息,一般可以知道在哪段代码附近发生了ANR,可能不是直接原因,但一般在问题点附近。

2.CPU用量,看负载比例和平均负载,判断是不是有别的App占用了过多的CPU。

3.IO Wait,看IOWait的占比是否很高,判断是否在等待IO。

ANR的可能原因

如果从根源上划分的话,导致ANR的原因有如下几点:

1.IO操作,如数据库、文件、网络

2.CPU不足,一般是别的App占用了大量的CPU,导致App无法及时处理

3.硬件操作,如camera

4.线程问题,如主线程被join/sleep,或wait锁等导致超时

5.service问题,如service忙导致超时无响应,或service binder的数量达到上限

6.system server问题,如WatchDog发现ANR

参考

Android ANR原理分析

【原创】Android 系统稳定性 – ANR(一)

【原创】Android 系统稳定性 – ANR(二)

【原创】Android 系统稳定性 – ANR(三)

ANR超时时间的定义

Android广播的超时机制

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