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能否让APP永不崩溃—小光与我的对决

前言

关于拦截异常,想必大家都知道可以通过Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler来拦截App中发生的异常,然后再进行处理。

于是,我有了一个不成熟的想法。。。

让我的APP永不崩溃

既然我们可以拦截崩溃,那我们直接把APP中所有的异常拦截了,不杀死程序。这样一个不会崩溃的APP用户体验不是杠杠的?

  • 有人听了摇摇头表示不赞同,这不小光跑来问我了:

“老铁,出现崩溃是要你解决它不是掩盖它!!”

  • 我拿把扇子扇了几下,有点冷但是故作镇定的说:

“这位老哥,你可以把异常上传到自己的服务器处理啊,你能拿到你的崩溃原因,用户也不会因为异常导致APP崩溃,这不挺好?”

  • 小光有点生气的说:

“这样肯定有问题,听着就不靠谱,哼,我去试试看”

小光的实验

于是小光按照网上一个小博主—积木的文章,写出了以下捕获异常的代码:

//定义CrashHandler
class CrashHandler private constructor(): Thread.UncaughtExceptionHandler {
    private var context: Context? = null
    fun init(context: Context?) {
        this.context = context
        Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(this)
    }

    override fun uncaughtException(t: Thread, e: Throwable) {}

    companion object {
        val instance: CrashHandler by lazy(mode = LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) {
            CrashHandler() }
    }
}

//Application中初始化
class MyApplication : Application(){
    override fun onCreate() {
        super.onCreate()
        CrashHandler.instance.init(this)
    }
}

//Activity中触发异常
class ExceptionActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_exception)
        
        btn.setOnClickListener {
            throw RuntimeException("主线程异常")
        }
        btn2.setOnClickListener {
            thread {
                throw RuntimeException("子线程异常")
            }
        }
    }
}
复制代码

小光一顿操作,写下了整套代码,为了验证它的猜想,写了两种触发异常的情况:子线程崩溃和主线程崩溃

  • 运行,点击按钮2,触发子线程异常崩溃:

“咦,还真没啥影响,程序能继续正常运行”

  • 然后点击按钮1,触发主线程异常崩溃:

“嘿嘿,卡住了,再点几下,直接ANR了”

主线程崩溃

“果然有问题,但是为啥主线程会出问题呢?我得先搞懂再去找老铁对峙。”

小光的思考(异常源码分析)

首先科普下java中的异常,包括运行时异常非运行时异常

  • 运行时异常。是RuntimeException类及其子类的异常,是非受检异常,比如系统异常或者是程序逻辑异常,我们常遇到的有NullPointerException、IndexOutOfBoundsException等。遇到这种异常,Java Runtime会停止线程,打印异常,并且会停止程序运行,也就是我们常说的程序崩溃。

  • 非运行时异常。是属于Exception类及其子类,是受检异常,RuntimeException以外的异常。这类异常在程序中必须进行处理,如果不处理程序都无法正常编译,比如NoSuchFieldException,IllegalAccessException这种。

ok,也就是说我们抛出一个RuntimeException异常之后,所在的线程会被停止。如果主线程中抛出这个异常,那么主线程就会被停止,所以APP就会卡住无法正常操作,时间久了就会ANR。而子线程崩溃了并不会影响主线程也就是UI线程的操作,所以用户还能正常使用。

这样好像就说的通了。

等等,那为什么遇到setDefaultUncaughtExceptionHandler就不会崩溃了呢?

我们还得从异常的源码开始说起:

一般情况下,一个应用中所使用的线程都是在同一个线程组,而在这个线程组里只要有一个线程出现未被捕获异常的时候,JAVA 虚拟机就会调用当前线程所在线程组中的 uncaughtException()方法。

// ThreadGroup.java
  private final ThreadGroup parent;

    public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
        if (parent != null) {
            parent.uncaughtException(t, e);
        } else {
            Thread.UncaughtExceptionHandler ueh =
                Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();
            if (ueh != null) {
                ueh.uncaughtException(t, e);
            } else if (!(e instanceof ThreadDeath)) {
                System.err.print("Exception in thread \""
                                 + t.getName() + "\" ");
                e.printStackTrace(System.err);
            }
        }
    }
复制代码

parent表示当前线程组的父级线程组,所以最后还是会调用到这个方法中。接着看后面的代码,通过getDefaultUncaughtExceptionHandler获取到了系统默认的异常处理器,然后调用了uncaughtException方法。那么我们就去找找本来系统中的这个异常处理器——UncaughtExceptionHandler

这就要从APP的启动流程说起了,之前也说过,所有的Android进程都是由zygote进程fork而来的,在一个新进程被启动的时候就会调用zygoteInit方法,这个方法里会进行一些应用的初始化工作:

    public static final Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) {
        if (RuntimeInit.DEBUG) {
            Slog.d(RuntimeInit.TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");
        }

        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ZygoteInit");
        //日志重定向
        RuntimeInit.redirectLogStreams();
        //通用的配置初始化  
        RuntimeInit.commonInit();
        // zygote初始化
        ZygoteInit.nativeZygoteInit();
        //应用相关初始化
        return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
    }
复制代码

而关于异常处理器,就在这个通用的配置初始化方法当中:

    protected static final void commonInit() {
        if (DEBUG) Slog.d(TAG, "Entered RuntimeInit!");

       //设置异常处理器
        LoggingHandler loggingHandler = new LoggingHandler();
        Thread.setUncaughtExceptionPreHandler(loggingHandler);
        Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new KillApplicationHandler(loggingHandler));

        //设置时区
        TimezoneGetter.setInstance(new TimezoneGetter() {
            @Override
            public String getId() {
                return SystemProperties.get("persist.sys.timezone");
            }
        });
        TimeZone.setDefault(null);

        //log配置
        LogManager.getLogManager().reset();
        //***    

        initialized = true;
    }
复制代码

找到了吧,这里就设置了应用默认的异常处理器——KillApplicationHandler

private static class KillApplicationHandler implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
        private final LoggingHandler mLoggingHandler;

        
        public KillApplicationHandler(LoggingHandler loggingHandler) {
            this.mLoggingHandler = Objects.requireNonNull(loggingHandler);
        }

        @Override
        public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
            try {
                ensureLogging(t, e);
                //...    
                // Bring up crash dialog, wait for it to be dismissed
                ActivityManager.getService().handleApplicationCrash(
                        mApplicationObject, new ApplicationErrorReport.ParcelableCrashInfo(e));
            } catch (Throwable t2) {
                if (t2 instanceof DeadObjectException) {
                    // System process is dead; ignore
                } else {
                    try {
                        Clog_e(TAG, "Error reporting crash", t2);
                    } catch (Throwable t3) {
                        // Even Clog_e() fails!  Oh well.
                    }
                }
            } finally {
                // Try everything to make sure this process goes away.
                Process.killProcess(Process.myPid());
                System.exit(10);
            }
        }

        private void ensureLogging(Thread t, Throwable e) {
            if (!mLoggingHandler.mTriggered) {
                try {
                    mLoggingHandler.uncaughtException(t, e);
                } catch (Throwable loggingThrowable) {
                    // Ignored.
                }
            }
        }

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看到这里,小光欣慰一笑,被我逮到了吧。在uncaughtException回调方法中,会执行一个handleApplicationCrash方法进行异常处理,并且最后都会走到finally中进行进程销毁,Try everything to make sure this process goes away。所以程序就崩溃了。

关于我们平时在手机上看到的崩溃提示弹窗,就是在这个handleApplicationCrash方法中弹出来的。不仅仅是java崩溃,还有我们平时遇到的native_crash、ANR等异常都会最后走到handleApplicationCrash方法中进行崩溃处理。

另外有的朋友可能发现了构造方法中,传入了一个LoggingHandler,并且在uncaughtException回调方法中还调用了这个LoggingHandleruncaughtException方法,难道这个LoggingHandler就是我们平时遇到崩溃问题,所看到的崩溃日志?进去瞅瞅:

private static class LoggingHandler implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
        public volatile boolean mTriggered = false;

        @Override
        public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
            mTriggered = true;
            if (mCrashing) return;

            if (mApplicationObject == null && (Process.SYSTEM_UID == Process.myUid())) {
                Clog_e(TAG, "*** FATAL EXCEPTION IN SYSTEM PROCESS: " + t.getName(), e);
            } else {
                StringBuilder message = new StringBuilder();
                message.append("FATAL EXCEPTION: ").append(t.getName()).append("\n");
                final String processName = ActivityThread.currentProcessName();
                if (processName != null) {
                    message.append("Process: ").append(processName).append(", ");
                }
                message.append("PID: ").append(Process.myPid());
                Clog_e(TAG, message.toString(), e);
            }
        }
    }

    private static int Clog_e(String tag, String msg, Throwable tr) {
        return Log.printlns(Log.LOG_ID_CRASH, Log.ERROR, tag, msg, tr);
    }
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这可不就是吗?将崩溃的一些信息——比如线程,进程,进程id,崩溃原因等等通过Log打印出来了。来张崩溃日志图给大家对对看:

崩溃日志图

好了,回到正轨,所以我们通过setDefaultUncaughtExceptionHandler方法设置了我们自己的崩溃处理器,就把之前应用设置的这个崩溃处理器给顶掉了,然后我们又没有做任何处理,自然程序就不会崩溃了,来张总结图。

崩溃调用图

小光又来找我对峙了

  • 搞清楚这一切的小光又来找我了:

“老铁,你瞅瞅,这是我写的Demo和总结的资料,你那套根本行不通,主线程崩溃就GG了,我就说有问题吧”

  • 我继续故作镇定

“老哥,我上次忘记说了,只加这个UncaughtExceptionHandler可不行,还得加一段代码,发给你,回去试试吧”

    Handler(Looper.getMainLooper()).post {
        while (true) {
            try {
                Looper.loop()
            } catch (e: Throwable) {
            }
        }
    }
复制代码

“这,,能行吗”

小光再次的实验

小光把上述代码加到了程序里面(Application—onCreate),再次运行:

我去,真的没问题了,点击主线程崩溃后,还是可以正常操作app,这又是什么原理呢?

小光的再次思考(拦截主线程崩溃的方案思想)

我们都知道,在主线程中维护着Handler的一套机制,在应用启动时就做好了Looper的创建和初始化,并且调用了loop方法开始了消息的循环处理。应用在使用过程中,主线程的所有操作比如事件点击,列表滑动等等都是在这个循环中完成处理的,其本质就是将消息加入MessageQueue队列,然后循环从这个队列中取出消息并处理,如果没有消息处理的时候,就会依靠epoll机制挂起等待唤醒。贴一下我浓缩的loop代码:

    public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();
        final MessageQueue queue = me.mQueue;
        for (;;) {
            Message msg = queue.next(); 
            msg.target.dispatchMessage(msg);
        }
    }
复制代码

一个死循环,不断取消息处理消息。再回头看看刚才加的代码:

    Handler(Looper.getMainLooper()).post {
        while (true) {
            //主线程异常拦截
            try {
                Looper.loop()
            } catch (e: Throwable) {
            }
        }
    }
复制代码

我们通过Handler往主线程发送了一个runnable任务,然后在这个runnable中加了一个死循环,死循环中执行了Looper.loop()进行消息循环读取。这样就会导致后续所有的主线程消息都会走到我们这个loop方法中进行处理,也就是一旦发生了主线程崩溃,那么这里就可以进行异常捕获。同时因为我们写的是while死循环,那么捕获异常后,又会开始新的Looper.loop()方法执行。这样主线程的Looper就可以一直正常读取消息,主线程就可以一直正常运行了。

文字说不清楚的图片来帮我们:

同时之前CrashHandler的逻辑可以保证子线程也是不受崩溃影响,所以两段代码都加上,齐活了。

但是小光还不服气,他又想到了一种崩溃情况。。。

小光又又又一次实验

class Test2Activity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_exception)

        throw RuntimeException("主线程异常")
    }
}
复制代码

诶,我直接在onCreate里面给你抛出个异常,运行看看:

黑漆漆的一片~没错,黑屏了

最后的对话(Cockroach库思想)

  • 看到这一幕,我主动找到了小光:

“这种情况确实比较麻烦了,如果直接在Activity生命周期内抛出异常,会导致界面绘制无法完成,Activity无法被正确启动,就会白屏或者黑屏了 这种严重影响到用户体验的情况还是建议直接杀死APP,因为很有可能会对其他的功能模块造成影响。或者如果某些Activity不是很重要,也可以只finish这个Activity。”

  • 小光思索地问:

“那么怎么分辨出这种生命周期内发生崩溃的情况呢?”

“这就要通过反射了,借用Cockroach开源库中的思想,由于Activity的生命周期都是通过主线程的Handler进行消息处理,所以我们可以通过反射替换掉主线程的Handler中的Callback回调,也就是ActivityThread.mH.mCallback,然后针对每个生命周期对应的消息进行trycatch捕获异常,然后就可以进行finishActivity或者杀死进程操作了。”

主要代码:

		Field mhField = activityThreadClass.getDeclaredField("mH");
        mhField.setAccessible(true);
        final Handler mhHandler = (Handler) mhField.get(activityThread);
        Field callbackField = Handler.class.getDeclaredField("mCallback");
        callbackField.setAccessible(true);
        callbackField.set(mhHandler, new Handler.Callback() {
            @Override
            public boolean handleMessage(Message msg) {
                if (Build.VERSION.SDK_INT >= 28) {
                //android 28之后的生命周期处理
                    final int EXECUTE_TRANSACTION = 159;
                    if (msg.what == EXECUTE_TRANSACTION) {
                        try {
                            mhHandler.handleMessage(msg);
                        } catch (Throwable throwable) {
                            //杀死进程或者杀死Activity
                        }
                        return true;
                    }
                    return false;
                }
                
                //android 28之前的生命周期处理
                switch (msg.what) {
                    case RESUME_ACTIVITY:
                    //onRestart onStart onResume回调这里
                        try {
                            mhHandler.handleMessage(msg);
                        } catch (Throwable throwable) {
                            sActivityKiller.finishResumeActivity(msg);
                            notifyException(throwable);
                        }
                        return true;
复制代码

代码贴了一部分,但是原理大家应该都懂了吧,就是通过替换主线程HandlerCallback,进行声明周期的异常捕获。

接下来就是进行捕获后的处理工作了,要不杀死进程,要么杀死Activity。

  • 杀死进程,这个应该大家都熟悉
  Process.killProcess(Process.myPid())
  exitProcess(10)
复制代码
  • finish掉Activity

这里又要分析下Activity的finish流程了,简单说下,以android29的源码为例。

    private void finish(int finishTask) {
        if (mParent == null) {
            
            if (false) Log.v(TAG, "Finishing self: token=" + mToken);
            try {
                if (resultData != null) {
                    resultData.prepareToLeaveProcess(this);
                }
                if (ActivityTaskManager.getService()
                        .finishActivity(mToken, resultCode, resultData, finishTask)) {
                    mFinished = true;
                }
            } 
        } 

    }
    
    
    @Override
    public final boolean finishActivity(IBinder token, int resultCode, Intent resultData,
            int finishTask) {
        return mActivityTaskManager.finishActivity(token, resultCode, resultData, finishTask);
    }    
复制代码

从Activity的finish源码可以得知,最终是调用到ActivityTaskManagerServicefinishActivity方法,这个方法有四个参数,其中有个用来标识Activity的参数也就是最重要的参数——token。所以去源码里面找找token~

由于我们捕获的地方是在handleMessage回调方法中,所以只有一个参数Message可以用,那我么你就从这方面入手。回到刚才我们处理消息的源码中,看看能不能找到什么线索:

 class H extends Handler {
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case EXECUTE_TRANSACTION: 
                    final ClientTransaction transaction = (ClientTransaction) msg.obj;
                    mTransactionExecutor.execute(transaction);
                    break;              
            }        
        }
    }
    
    public void execute(ClientTransaction transaction) {
        final IBinder token = transaction.getActivityToken();
        executeCallbacks(transaction);
        executeLifecycleState(transaction);
        mPendingActions.clear();
        log("End resolving transaction");
    }    
复制代码

可以看到在源码中,Handler是怎么处理EXECUTE_TRANSACTION消息的,获取到msg.obj对象,也就是ClientTransaction类实例,然后调用了execute方法。而在execute方法中。。。咦咦咦,这不就是token吗?

(找到的过于快速了哈,主要是activity启动销毁这部分的源码解说并不是今天的重点,所以就一笔带过了)

找到token,那我们就通过反射进行Activity的销毁就行啦:

    private void finishMyCatchActivity(Message message) throws Throwable {
        ClientTransaction clientTransaction = (ClientTransaction) message.obj;
        IBinder binder = clientTransaction.getActivityToken();
       
       Method getServiceMethod = ActivityManager.class.getDeclaredMethod("getService");
        Object activityManager = getServiceMethod.invoke(null);

        Method finishActivityMethod = activityManager.getClass().getDeclaredMethod("finishActivity", IBinder.class, int.class, Intent.class, int.class);
        finishActivityMethod.setAccessible(true);
        finishActivityMethod.invoke(activityManager, binder, Activity.RESULT_CANCELED, null, 0);
    }
复制代码

啊,终于搞定了,但是小光还是一脸疑惑的看着我:

“我还是去看Cockroach库的源码吧~”

“我去,,”

总结

今天主要就说了一件事:如何捕获程序中的异常不让APP崩溃,从而给用户带来最好的体验。主要有以下做法:

  • 通过在主线程里面发送一个消息,捕获主线程的异常,并在异常发生后继续调用Looper.loop方法,使得主线程继续处理消息。
  • 对于子线程的异常,可以通过Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler来拦截,并且子线程的停止不会给用户带来感知。
  • 对于在生命周期内发生的异常,可以通过替换ActivityThread.mH.mCallback的方法来捕获,并且通过token来结束Activity或者直接杀死进程。但是这种办法要适配不同SDK版本的源码才行,所以慎用,需要的可以看文末Cockroach库源码。

可能有的朋友会问,为什么要让程序不崩溃呢?会有哪些情况需要我们进行这样操作呢?

其实还是有很多时候,有些异常我们无法预料或者给用户带来几乎是无感知的异常,比如:

  • 系统的一些bug
  • 第三方库的一些bug
  • 不同厂商的手机带来的一些bug

等等这些情况,我们就可以通过这样的操作来让APP牺牲掉这部分的功能来维护系统的稳定性。

参考

Cockroach
一文读懂 Handler 机制全家桶
zyogte进程(Java篇)
wanAndroid

拜拜

好了,到了说再见的时候了。

最后给大家推荐一个剧—棋魂,嘿嘿,小光就是里面的主角。

这些优秀的开源库又何尝不是指引我们前行进步的光呢~

感谢大家的阅读,有一起学习的小伙伴可以关注下我的公众号——码上积木❤️❤️
每日三问知识点/面试题,积少成多。

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