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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
  

【Android|Android ANR原理分析】MessageQueue.next 耗时代码(api29)

@UnsupportedAppUsageMessage 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; }}}

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)；
2. 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；
3. 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

@TestApipublic 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

@UnsupportedAppUsagevoid 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 DisplayEventReceiverimplements Runnable {@Overridepublic 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); }@Overridepublic 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); }}

1. Handler#post(Runnable r)
2. 构造方法传CallBack
3. 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。

1. logging.println存在字符串拼接，频繁调用，创建大量对象，内存抖动。
2. 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：

1. 避免方法数暴增：分配独立ID作为参数
2. 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。

@UnsupportedAppUsageprivate 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 logProcess.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 errorReportReceivermakeAppNotRespondingLocked(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); }}

1. 写入event log
2. 写入main log
3. 生成tracesFile
4. 输出ANR logcat（控制台可以看到）
5. 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
6. 输出到drapbox
7. 后台ANR，直接杀进程
8. 错误报告
9. 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
以上就是Android ANR原理分析的详细内容，更多关于Android ANR原理的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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