Android ANR：原理分析及解决办法

阅读: 12 发表于 2024-07-10 21:57

 Android ANR：原理分析及解决办法

Android ANR目录.png

一、ANR说明和原因 1.1 简介

ANR全称：Application Not Responding，欧博官网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，欧博后台服务在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。
关于多线程可以参考：Android多线程：理解和简单使用总结

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。

Google Pixel xl ANR.png

2.2 ANR分析办法一：Log

刚才产生ANR后，欧博娱乐看下Log：

ANR Log.png

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The 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：

cd到adb.exe所在的目录，也就是Android SDK的platform-tools目录，欧博allbet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。

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

具体分析参考：Android应用ANR分析 四.1节

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

具体分析参考：Android应用ANR分析 四.2节

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

特别声明：文章 理解Android ANR的触发原理 分别记录了由Service、BroadcastReceiver和ContentProvider造成的ANR。下文引用该文代码，并依据自己的简单理解作总结。

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。
参考理解Android ANR的触发原理第四节

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

参考资料：

理解Android ANR的触发原理
理解Android ANR的信息收集过程
Android App优化之ANR详解
Android 源码分析ANR