深入学习Android ANR 的原理分析及解决办法

目录

一、ANR说明和原因

1.1 简介

1.2 原因

1.3 避免

二、ANR分析办法

2.1 ANR重现

2.2 ANR分析办法一：Log

2.3 ANR分析办法二：traces.txt

2.4 ANR分析办法三：Java线程调用分析

2.5 ANR分析办法四：DDMS分析ANR问题

三、造成ANR的原因及解决办法

四、ANR源码分析

4.1 Service造成的Service Timeout

4.2 BroadcastReceiver造成的BroadcastQueue Timeout

4.3 ContentProvider的ContentProvider Timeout

五、Android ANR的信息收集

一、ANR说明和原因 1.1 简介

ANR全称：Application Not Responding，也就是应用程序无响应。

1.2 原因

Android系统中，ActivityManagerService(简称AMS)和WindowManagerService(简称WMS)会检测App的响应时间，如果App在特定时间无法相应屏幕触摸或键盘输入时间，或者特定事件没有处理完毕，就会出现ANR。

以下四个条件都可以造成ANR发生：

InputDispatching Timeout：5秒内无法响应屏幕触摸事件或键盘输入事件

BroadcastQueue Timeout ：在执行前台广播（BroadcastReceiver）的onReceive()函数时10秒没有处理完成，后台为60秒。

Service Timeout ：前台服务20秒内，后台服务在200秒内没有执行完毕。

ContentProvider Timeout ：ContentProvider的publish在10s内没进行完。

1.3 避免

尽量避免在主线程（UI线程）中作耗时操作。

那么耗时操作就放在子线程中。

二、ANR分析办法 2.1 ANR重现

这里使用的是号称Google亲儿子的Google Pixel xl（Android 8.0系统）做的测试，生成一个按钮跳转到

ANRTestActivity

，在后者的

onCreate()

中主线程休眠20秒：

@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_anr_test);
    // 这是Android提供线程休眠函数，与Thread.sleep()最大的区别是
    // 该使用该函数不会抛出InterruptedException异常。
    SystemClock.sleep(20 * 1000);
}

在进入

ANRTestActivity

后黑屏一段时间，大概有七八秒，终于弹出了ANR异常。

2.2 ANR分析办法一：Log

刚才产生ANR后，看下Log：

可以看到loGCat清晰地记录了ANR发生的时间，以及线程的tid和一句话概括原因：

WaitingInMainSignalCatcherLoop

，大概意思为主线程等待异常。

最后一句T

he application may be doing too much work on its main thread.

告知可能在主线程做了太多的工作。

2.3 ANR分析办法二：traces.txt

刚才的log有第二句

Wrote stack traces to '/data/anr/traces.txt'

，说明ANR异常已经输出到

traces.txt

文件，使用adb命令把这个文件从手机里导出来：

1.cd到

adb.exe

所在的目录，也就是

Android SDK的platfORM-tools

目录，例如：

cd D:\Android\AndroidSdk\platform-tools

此外，除了windows的cmd以外，还可以使用AndroidStudio的Terminal来输入adb命令。

2.到指定目录后执行以下adb命令导出

traces.txt

文件：

adb pull /data/anr/traces.txt

traces.txt

默认会被导出到Android SDK的\platform-tools目录。一般来说

traces.txt

文件记录的东西会比较多，分析的时候需要有针对性地去找相关记录。

----- pid 23346 at 2017-11-07 11:33:57 -----  ----> 进程id和ANR产生时间
Cmd line: com.sky.myjavatest
Build fingerprint: 'google/marlin/marlin:8.0.0/OPR3.170623.007/4286350:user/release-keys'
ABI: 'arm64'
Build type: optimized
Zygote loaded classes=4681 post zygote classes=106
Intern table: 42675 strong; 137 weak
JNI: CheckJNI is on; globals=526 (plus 22 weak)
Libraries: /system/lib64/libandroid.so /system/lib64/libcompiler_rt.so 
/system/lib64/libjavacrypto.so
/system/lib64/libjnigraphics.so /system/lib64/libmedia_jni.so /system/lib64/libsoundpool.so
/system/lib64/libWEBviewchromium_loader.so libjavacore.so libopenjdk.so (9)
Heap: 22% free, 1478KB/1896KB; 21881 objects    ----> 内存使用情况
...
"main" prio=5 tid=1 Sleeping    ----> 原因为Sleeping
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x733D0670 self=0x74a4abea00
  | sysTid=23346 nice=-10 cgrp=default sched=0/0 handle=0x74a91ab9b0
  | state=S schedstat=( 391462128 82838177 354 ) utm=33 stm=4 core=3 HZ=100
  | stack=0x7fe6fac000-0x7fe6fae000 stackSize=8MB
  | held mutexes=
  at java.lang.Thread.sleep(Native method)
  - sleeping on <0x053fd2c2> (a java.lang.Object)
  at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:373)
  - locked <0x053fd2c2> (a java.lang.Object)
  at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:314)
  at android.os.SystemClock.sleep(SystemClock.java:122)
  at com.sky.myjavatest.ANRTestActivity.onCreate(ANRTestActivity.java:20) ----> 产生ANR的包名以及具体行数
  at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:6975)
  at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1213)
  at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2770)
  at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2892)
  at android.app.ActivityThread.-wrap11(ActivityThread.java:-1)
  at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1593)
  at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:105)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:164)
  at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:6541)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native method)
  at com.android.internal.os.Zygote$MethodAndArgsCaller.run(Zygote.java:240)
  at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:767)

在文件中使用 ctrl + F 查找包名可以快速定位相关代码。

通过上方log可以看出相关问题：

进程id和包名：

pid 23346 com.sky.myjavatest

造成ANR的原因：

Sleeping

造成ANR的具体行数：

ANRTestActivity.java:

20类的第20行

特别注意：产生新的ANR，原来的 traces.txt 文件会被覆盖。

2.4 ANR分析办法三：Java线程调用分析

通过JDK提供的命令可以帮助分析和调试Java应用，命令为：

jstack {pid}

其中pid可以通过jps命令获得，jps命令会列出当前系统中运行的所有Java虚拟机进程，比如

7266 Test
7267 Jps

2.5 ANR分析办法四：DDMS分析ANR问题

使用DDMS——Update Threads工具

阅读Update Threads的输出

三、造成ANR的原因及解决办法

上面例子只是由于简单的主线程耗时操作造成的ANR，造成ANR的原因还有很多：

主线程阻塞或主线程数据读取

解决办法：避免死锁的出现，使用子线程来处理耗时操作或阻塞任务。尽量避免在主线程query provider、不要滥用SharePreferenceS

CPU满负荷，I/O阻塞

解决办法：文件读写或数据库操作放在子线程异步操作。

内存不足

解决办法：

AndroidManifest.xml

文件<applicatiion>中可以设置

android:largeHeap="true"

，以此增大App使用内存。不过不建议使用此法，从根本上防止内存泄漏，优化内存使用才是正道。

各大组件ANR

各大组件生命周期中也应避免耗时操作，注意BroadcastReciever的onRecieve()、后台Service和ContentProvider也不要执行太长时间的任务。

四、ANR源码分析 4.1 Service造成的Service Timeout

Service Timeout是位于"ActivityManager"线程中的AMS.MainHandler收到

SERVICE_TIMEOUT_MSG

消息时触发。

4.1.1 发送延时消息

Service进程attach到system_server进程的过程中会调用

realStartServiceLocked

，紧接着

mAm.mHandler.sendMessageAtTime()

来发送一个延时消息，延时的时常是定义好的，如前台Service的20秒。ActivityManager线程中的AMS.MainHandler收到

SERVICE_TIMEOUT_MSG

消息时会触发。

AS.realStartServiceLocked

ActiveServices.java

private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r,
        ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {
    ...
    //发送delay消息(SERVICE_TIMEOUT_MSG)
    bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, "create");
    try {
        ...
        //最终执行服务的onCreate()方法
        app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo,
                mAm.compatibilityInfoForPackageLocked(r.serviceInfo.applicationInfo),
                app.repProcState);
    } catch (DeadObjectException e) {
        mAm.appDiedLocked(app);
        throw e;
    } finally {
        ...
    }
}

AS.bumpServiceExecutingLocked

private final void bumpServiceExecutingLocked(ServiceRecord r, boolean fg, String why) {
    ... 
    scheduleServiceTimeoutLocked(r.app);
}
void scheduleServiceTimeoutLocked(ProcessRecord proc) {
    if (proc.executingServices.size() == 0 || proc.thread == null) {
        return;
    }
    long now = SystemClock.uptimeMillis();
    Message msg = mAm.mHandler.obtainMessage(
            ActivityManagerService.SERVICE_TIMEOUT_MSG);
    msg.obj = proc;
    //当超时后仍没有remove该SERVICE_TIMEOUT_MSG消息，则执行service Timeout流程
    mAm.mHandler.sendMessageAtTime(msg,
        proc.execServicesFg ? (now+SERVICE_TIMEOUT) : (now+ SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT));
}

4.1.2 进入目标进程的主线程创建Service

经过Binder等层层调用进入目标进程的主线程 handleCreateService(CreateServiceData data)。

ActivityThread.java

   private void handleCreateService(CreateServiceData data) {
        ...
        java.lang.ClassLoader cl = packageInfo.getClassLoader();
        Service service = (Service) cl.loadClass(data.info.name).newInstance();
        ...
        try {
            //创建ContextImpl对象
            ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(this, packageInfo);
            context.setOuterContext(service);
            //创建Application对象
            Application app = packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);
            service.attach(context, this, data.info.name, data.token, app,
                    ActivityManagerNative.getDefault());
            //调用服务onCreate()方法 
            service.onCreate();
            //取消AMS.MainHandler的延时消息
            ActivityManagerNative.getDefault().serviceDoneExecuting(
                    data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0);
        } catch (Exception e) {
            ...
        }
    }

这个方法中会创建目标服务对象，以及回调常用的Service的

onCreate()

方法，紧接着通过

serviceDoneExecuting()

回到system_server执行取消AMS.MainHandler的延时消息。

4.1.3 回到system_server执行取消AMS.MainHandler的延时消息

AS.serviceDoneExecutingLocked

private void serviceDoneExecutingLocked(ServiceRecord r, boolean inDestroying,
            boolean finishing) {
    ...
    if (r.executeNesting <= 0) {
        if (r.app != null) {
            r.app.execServicesFg = false;
            r.app.executingServices.remove(r);
            if (r.app.executingServices.size() == 0) {
                //当前服务所在进程中没有正在执行的service
                mAm.mHandler.removeMessages(ActivityManagerService.SERVICE_TIMEOUT_MSG, r.app);
        ...
    }
    ...
}

此方法中Service逻辑处理完成则移除之前延时的消息

SERVICE_TIMEOUT_MSG

。如果没有执行完毕不调用这个方法，则超时后会发出

SERVICE_TIMEOUT_MSG

来告知ANR发生。

4.2 BroadcastReceiver造成的BroadcastQueue Timeout

BroadcastReceiver Timeout是位于"ActivityManager"线程中的BroadcastQueue.BroadcastHandler收到

BROADCAST_TIMEOUT_MSG

消息时触发。

4.2.1 处理广播函数 processNextBroadcast() 中 broadcastTimeoutLocked(false) 发送延时消息

广播处理顺序为先处理并行广播，再处理当前有序广播。

final void processNextBroadcast(boolean fromMsg) {
    synchronized(mService) {
        ...
        // 处理当前有序广播
        do {
            r = mOrderedBroadcasts.get(0);
            //获取所有该广播所有的接收者
            int numReceivers = (r.receivers != null) ? r.receivers.size() : 0;
            if (mService.mProcessesReady && r.dispatchTime > 0) {
                long now = SystemClock.uptimeMillis();
                if ((numReceivers > 0) &&
                        (now > r.dispatchTime + (2*mTimeoutPeriod*numReceivers))) {
                    //step 1\. 发送延时消息，这个函数处理了很多事情，比如广播处理超时结束广播
                    broadcastTimeoutLocked(false);
                    ...
                }
            }
            if (r.receivers == null || r.nextReceiver >= numReceivers
                    || r.resultAbort || forceReceive) {
                if (r.resultTo != null) {
                    //2\. 处理广播消息消息
                    performReceiveLocked(r.callerApp, r.resultTo,
                        new Intent(r.intent), r.resultCode,
                        r.resultData, r.resultExtras, false, false, r.userId);
                    r.resultTo = null;
                }
                //3\. 取消广播超时ANR消息
                cancelBroadcastTimeoutLocked();
            }
        } while (r == null);
        ...
        // 获取下条有序广播
        r.receiverTime = SystemClock.uptimeMillis();
        if (!mPendingBroadcastTimeoutMessage) {
            long timeoutTime = r.receiverTime + mTimeoutPeriod;
            //设置广播超时
            setBroadcastTimeoutLocked(timeoutTime);
        }
        ...
    }
}

上文的step 1. broadcastTimeoutLocked(false)函数：记录时间信息并调用函数设置发送延时消息

final void broadcastTimeoutLocked(boolean fromMsg) {
    ...
        long now = SystemClock.uptimeMillis();
        if (fromMsg) {
            if (mService.mDidDexOpt) {
                // Delay timeouts until dexopt finishes.
                mService.mDidDexOpt = false;
                long timeoutTime = SystemClock.uptimeMillis() + mTimeoutPeriod;
                setBroadcastTimeoutLocked(timeoutTime);
                return;
            }
            if (!mService.mProcessesReady) {
                return;
            }
            long timeoutTime = r.receiverTime + mTimeoutPeriod;
            if (timeoutTime > now) {
                // step 2
                setBroadcastTimeoutLocked(timeoutTime);
                return;
            }
        }

上文的step 2.setBroadcastTimeoutLocked函数： 设置广播超时具体操作，同样是发送延时消息

final void setBroadcastTimeoutLocked(long timeoutTime) {
    if (! mPendingBroadcastTimeoutMessage) {
        Message msg = mHandler.obtainMessage(BROADCAST_TIMEOUT_MSG, this);
        mHandler.sendMessageAtTime(msg, timeoutTime);
        mPendingBroadcastTimeoutMessage = true;
    }
}

4.2.2 setBroadcastTimeoutLocked(long timeoutTime)函数的参数timeoutTime是当前时间加上设定好的超时时间。

也就是上文的

long timeoutTime = SystemClock.uptimeMillis() + mTimeoutPeriod;

mTimeoutPeriod 也就是前台队列的10s和后台队列的60s。

public ActivityManagerService(Context systemContext) {
    ...
    static final int BROADCAST_FG_TIMEOUT = 10 * 1000;
    static final int BROADCAST_BG_TIMEOUT = 60 * 1000;
    ...
    mFgBroadcastQueue = new BroadcastQueue(this, mHandler,
            "foreground", BROADCAST_FG_TIMEOUT, false);
    mBgBroadcastQueue = new BroadcastQueue(this, mHandler,
            "background", BROADCAST_BG_TIMEOUT, true);
    ...
}

4.2.3 在processNextBroadcast()过程，执行完performReceiveLocked后调用cancelBroadcastTimeoutLocked

cancelBroadcastTimeoutLocked ：处理广播消息函数 processNextBroadcast() 中 performReceiveLocked() 处理广播消息完毕则调用 cancelBroadcastTimeoutLocked() 取消超时消息。

final void cancelBroadcastTimeoutLocked() {
    if (mPendingBroadcastTimeoutMessage) {
        mHandler.removeMessages(BROADCAST_TIMEOUT_MSG, this);
        mPendingBroadcastTimeoutMessage = false;
    }
}

4.3 ContentProvider的ContentProvider Timeout

ContentProvider Timeout是位于”ActivityManager”线程中的AMS.MainHandler收到CONTENT_PROVIDER_PUBLISH_TIMEOUT_MSG消息时触发。

五、Android ANR的信息收集

无论是四大组件或者进程等只要发生ANR，最终都会调用AMS.appNotResponding()方法。

参考：理解Android ANR的信息收集过程

以上就是深入学习Android ANR 的原理分析及解决办法的详细内容，更多关于Android ANR的资料请关注编程网其它相关文章！