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干货:ANR日志分析全面解析

一、概述

解决ANR一直是Android 开发者需要掌握的重要技巧,一般从三个方面着手。

开发阶段:通过工具检查各个方法的耗时,卡顿情况,发现一处修改一处。

线上阶段:这个阶段主要依靠监控工具发现ANR并上报,比如matrix。

分析阶段:如果线上用户发生ANR,并且你获取了一份日志,这就涉及了本文要分享的内容——ANR日志分析技巧。

二、ANR产生机制

网上通俗的一段面试答题

ANR——应用无响应,Activity是5秒,BroadCastReceiver是10秒,Service是20秒。

这句话说的很笼统,要想深入分析定位ANR,需要知道更多知识点,一般来说,ANR按产生机制,分为4类:

2.1 输入事件超时(5s)

InputEvent Timeout

a.InputDispatcher发送key事件给 对应的进程的 Focused Window ,对应的window不存在、处于暂停态、或通道(input channel)占满、通道未注册、通道异常、或5s内没有处理完一个事件,就会发生ANR
​
b.InputDispatcher发送MotionEvent事件有个例外之处:当对应Touched Window的 input waitQueue中有超过0.5s的事件,inputDispatcher会暂停该事件,并等待5s,如果仍旧没有收到window的‘finish’事件,则触发ANR
​
c.下一个事件到达,发现有一个超时事件才会触发ANR
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2.2 广播类型超时(前台15s,后台60s)

BroadcastReceiver Timeout

a.静态注册的广播和有序广播会ANR,动态注册的非有序广播并不会ANR
​
b.广播发送时,会判断该进程是否存在,不存在则创建,创建进程的耗时也算在超时时间里
​
c.只有当进程存在前台显示的Activity才会弹出ANR对话框,否则会直接杀掉当前进程
​
d.当onReceive执行超过阈值(前台15s,后台60s),将产生ANR
​
e.如何发送前台广播:Intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_FOREGROUND)
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2.3 服务超时(前台20s,后台200s)

Service Timeout

a.Service的以下方法都会触发ANR:onCreate(),onStartCommand(), onStart(), onBind(), onRebind(), onTaskRemoved(), onUnbind(),
onDestroy().
​
b.前台Service超时时间为20s,后台Service超时时间为200s
​
c.如何区分前台、后台执行————当前APP处于用户态,此时执行的Service则为前台执行。
​
d.用户态:有前台activity、有前台广播在执行、有foreground service执行
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2.4 ContentProvider 类型

a.ContentProvider创建发布超时并不会ANR
​
b.使用ContentProviderclient来访问ContentProverder可以自主选择触发ANR,超时时间自己定
client.setDetectNotResponding(PROVIDER_ANR_TIMEOUT);
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ps:Activity生命周期超时会不会ANR?——经测试并不会。

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
       Thread.sleep(60000)
       super.onCreate(savedInstanceState)
       setContentView(R.layout.activity_main)
   }
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三、导致ANR的原因

很多开发者认为,那就是耗时操作导致ANR,全部是app应用层的问题。实际上,线上环境大部分ANR由系统原因导致。

3.1 应用层导致ANR(耗时操作)

a. 函数阻塞:如死循环、主线程IO、处理大数据
​
b. 锁出错:主线程等待子线程的锁
​
c. 内存紧张:系统分配给一个应用的内存是有上限的,长期处于内存紧张,会导致频繁内存交换,进而导致应用的一些操作超时
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3.2 系统导致ANR

a. CPU被抢占:一般来说,前台在玩游戏,可能会导致你的后台广播被抢占CPU
​
b. 系统服务无法及时响应:比如获取系统联系人等,系统的服务都是Binder机制,服务能力也是有限的,有可能系统服务长时间不响应导致ANR
​
c. 其他应用占用的大量内存
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四、分析日志

发生ANR的时候,系统会产生一份anr日志文件(手机的/data/anr 目录下,文件名称可能各厂商不一样,业内大多称呼为trace文件),内含如下几项重要信息。

4.1 CPU 负载

Load: 2.62 / 2.55 / 2.25
CPU usage from 0ms to 1987ms later (2020-03-10 08:31:55.169 to 2020-03-10 08:32:17.156):
  41% 2080/system_server: 28% user + 12% kernel / faults: 76445 minor 180 major
  26% 9378/com.xiaomi.store: 20% user + 6.8% kernel / faults: 68408 minor 68 major
........省略N行.....
66% TOTAL: 20% user + 15% kernel + 28% iowait + 0.7% irq + 0.7% softirq
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如上所示:

  • 第一行:1、5、15 分钟内正在使用和等待使用CPU 的活动进程的平均数

  • 第二行:表明负载信息抓取在ANR发生之后的0~1987ms。同时也指明了ANR的时间点:2020-03-10 08:31:55.169

  • 中间部分:各个进程占用的CPU的详细情况

  • 最后一行:各个进程合计占用的CPU信息。

名词解释:

a. user:用户态,kernel:内核态
​
b. faults:内存缺页,minor——轻微的,major——重度,需要从磁盘拿数据
​
c. iowait:IO使用(等待)占比
​
d. irq:硬中断,softirq:软中断
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注意:

  • iowait占比很高,意味着有很大可能,是io耗时导致ANR,具体进一步查看有没有进程faults major比较多。

  • 单进程CPU的负载并不是以100%为上限,而是有几个核,就有百分之几百,如4核上限为400%。

4.2 内存信息

Total number of allocations 476778  进程创建到现在一共创建了多少对象
​
Total bytes allocated 52MB 进程创建到现在一共申请了多少内存
​
Total bytes freed 52MB   进程创建到现在一共释放了多少内存
​
Free memory 777KB    不扩展堆的情况下可用的内存
​
Free memory until GC 777KB  GC前的可用内存
​
Free memory until OOME 383MB  OOM之前的可用内存
​
Total memory 当前总内存(已用+可用)
​
Max memory 384MB  进程最多能申请的内存
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从含义可以得出结论:**Free memory until OOME **的值很小的时候,已经处于内存紧张状态。应用可能是占用了过多内存。

另外,除了trace文件中有内存信息,普通的eventlog日志中,也有内存信息(不一定打印)

04-02 22:00:08.195  1531  1544 I am_meminfo: [350937088,41086976,492830720,427937792,291887104]
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以上四个值分别指的是:

  • Cached

  • Free,

  • Zram,

  • Kernel,Native

Cached+Free的内存代表着当前整个手机的可用内存,如果值很小,意味着处于内存紧张状态。一般低内存的判定阈值为:4G 内存手机以下阀值:350MB,以上阀值则为:450MB

ps:如果ANR时间点前后,日志里有打印onTrimMemory,也可以作为内存紧张的一个参考判断

4.3 堆栈消息

堆栈信息是最重要的一个信息,展示了ANR发生的进程当前所有线程的状态。

suspend all histogram:  Sum: 2.834s 99% C.I. 5.738us-7145.919us Avg: 607.155us Max: 41543us
DALVIK THREADS (248):
"main" prio=5 tid=1 Native
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x74b17080 self=0x7bb7a14c00
  | sysTid=2080 nice=-2 cgrp=default sched=0/0 handle=0x7c3e82b548
  | state=S schedstat=( 757205342094 583547320723 2145008 ) utm=52002 stm=23718 core=5 HZ=100
  | stack=0x7fdc995000-0x7fdc997000 stackSize=8MB
  | held mutexes=
  kernel: __switch_to+0xb0/0xbc
  kernel: SyS_epoll_wait+0x288/0x364
  kernel: SyS_epoll_pwait+0xb0/0x124
  kernel: cpu_switch_to+0x38c/0x2258
  native: #00 pc 000000000007cd8c  /system/lib64/libc.so (__epoll_pwait+8)
  native: #01 pc 0000000000014d48  /system/lib64/libutils.so (android::Looper::pollInner(int)+148)
  native: #02 pc 0000000000014c18  /system/lib64/libutils.so (android::Looper::pollOnce(int, int*, int*, void**)+60)
  native: #03 pc 0000000000127474  /system/lib64/libandroid_runtime.so (android::android_os_MessageQueue_nativePollOnce(_JNIEnv*, _jobject*, long, int)+44)
  at android.os.MessageQueue.nativePollOnce(Native method)
  at android.os.MessageQueue.next(MessageQueue.java:330)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:169)
  at com.android.server.SystemServer.run(SystemServer.java:508)
  at com.android.server.SystemServer.main(SystemServer.java:340)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native method)
  at com.android.internal.os.RuntimeInit$MethodAndArgsCaller.run(RuntimeInit.java:536)
  at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:856)
   
  ........省略N行.....
   
  "OkHttp ConnectionPool" daemon prio=5 tid=251 TimedWaiting
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x13daea90 self=0x7bad32b400
  | sysTid=29998 nice=0 cgrp=default sched=0/0 handle=0x7b7d2614f0
  | state=S schedstat=( 951407 137448 11 ) utm=0 stm=0 core=3 HZ=100
  | stack=0x7b7d15e000-0x7b7d160000 stackSize=1041KB
  | held mutexes=
  at java.lang.Object.wait(Native method)
  - waiting on <0x05e5732e> (a com.android.okhttp.ConnectionPool)
  at com.android.okhttp.ConnectionPool$1.run(ConnectionPool.java:103)
  - locked <0x05e5732e> (a com.android.okhttp.ConnectionPool)
  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1167)
  at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:641)
  at java.lang.Thread.run(Thread.java:764)
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如上日志所示,本文截图了两个线程信息,一个是主线程main,它的状态是native。

另一个是OkHttp ConnectionPool,它的状态是TimeWaiting。众所周知,教科书上说线程状态有5种:新建、就绪、执行、阻塞、死亡。而Java中的线程状态有6种,6种状态都定义在:java.lang.Thread.State中

**问题来了,上述main线程的native是什么状态,哪来的?**其实trace文件中的状态是是CPP代码中定义的状态,下面是一张对应关系表。

由此可知,main函数的native状态是正在执行JNI函数。堆栈信息是我们分析ANR的第一个重要的信息,一般来说:

main线程处于 BLOCK、WAITING、TIMEWAITING状态,那基本上是函数阻塞导致ANR;

如果main线程无异常,则应该排查CPU负载和内存环境。

五、典型案例分析

5.1 主线程无卡顿,处于正常状态堆栈

"main" prio=5 tid=1 Native
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x74b38080 self=0x7ad9014c00
  | sysTid=23081 nice=0 cgrp=default sched=0/0 handle=0x7b5fdc5548
  | state=S schedstat=( 284838633 166738594 505 ) utm=21 stm=7 core=1 HZ=100
  | stack=0x7fc95da000-0x7fc95dc000 stackSize=8MB
  | held mutexes=
  kernel: __switch_to+0xb0/0xbc
  kernel: SyS_epoll_wait+0x288/0x364
  kernel: SyS_epoll_pwait+0xb0/0x124
  kernel: cpu_switch_to+0x38c/0x2258
  native: #00 pc 000000000007cd8c  /system/lib64/libc.so (__epoll_pwait+8)
  native: #01 pc 0000000000014d48  /system/lib64/libutils.so (android::Looper::pollInner(int)+148)
  native: #02 pc 0000000000014c18  /system/lib64/libutils.so (android::Looper::pollOnce(int, int*, int*, void**)+60)
  native: #03 pc 00000000001275f4  /system/lib64/libandroid_runtime.so (android::android_os_MessageQueue_nativePollOnce(_JNIEnv*, _jobject*, long, int)+44)
  at android.os.MessageQueue.nativePollOnce(Native method)
  at android.os.MessageQueue.next(MessageQueue.java:330)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:169)
  at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:7073)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native method)
  at com.android.internal.os.RuntimeInit$MethodAndArgsCaller.run(RuntimeInit.java:536)
  at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:876)
复制代码

上述主线程堆栈就是一个很正常的空闲堆栈,表明主线程正在等待新的消息。

如果ANR日志里主线程是这样一个状态,那可能有两个原因:

该ANR是CPU抢占或内存紧张等其他因素引起

这份ANR日志抓取的时候,主线程已经恢复正常

遇到这种空闲堆栈,可以按照第3节的方法去分析CPU、内存的情况。其次可以关注抓取日志的时间和ANR发生的时间是否相隔过久,时间过久这个堆栈就没有分析意义了。

5.2 主线程执行耗时操作

"main" prio=5 tid=1 Runnable
  | group="main" sCount=0 dsCount=0 flags=0 obj=0x72deb848 self=0x7748c10800
  | sysTid=8968 nice=-10 cgrp=default sched=0/0 handle=0x77cfa75ed0
  | state=R schedstat=( 24783612979 48520902 756 ) utm=2473 stm=5 core=5 HZ=100
  | stack=0x7fce68b000-0x7fce68d000 stackSize=8192KB
  | held mutexes= "mutator lock"(shared held)
  at com.example.test.MainActivity$onCreate$2.onClick(MainActivity.kt:20)——关键行!!!
  at android.view.View.performClick(View.java:7187)
  at android.view.View.performClickInternal(View.java:7164)
  at android.view.View.access$3500(View.java:813)
  at android.view.View$PerformClick.run(View.java:27640)
  at android.os.Handler.handleCallback(Handler.java:883)
  at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:100)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:230)
  at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:7725)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native method)
  at com.android.internal.os.RuntimeInit$MethodAndArgsCaller.run(RuntimeInit.java:526)
  at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:1034)
复制代码

上述日志表明,主线程正处于执行状态,看堆栈信息可知不是处于空闲状态,发生ANR是因为一处click监听函数里执行了耗时操作。

5.3 主线程被锁阻塞

"main" prio=5 tid=1 Blocked
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x72deb848 self=0x7748c10800
  | sysTid=22838 nice=-10 cgrp=default sched=0/0 handle=0x77cfa75ed0
  | state=S schedstat=( 390366023 28399376 279 ) utm=34 stm=5 core=1 HZ=100
  | stack=0x7fce68b000-0x7fce68d000 stackSize=8192KB
  | held mutexes=
  at com.example.test.MainActivity$onCreate$1.onClick(MainActivity.kt:15)
  - waiting to lock <0x01aed1da> (a java.lang.Object) held by thread 3 ——————关键行!!!
  at android.view.View.performClick(View.java:7187)
  at android.view.View.performClickInternal(View.java:7164)
  at android.view.View.access$3500(View.java:813)
  at android.view.View$PerformClick.run(View.java:27640)
  at android.os.Handler.handleCallback(Handler.java:883)
  at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:100)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:230)
  at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:7725)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native method)
  at com.android.internal.os.RuntimeInit$MethodAndArgsCaller.run(RuntimeInit.java:526)
  at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:1034)
   
  ........省略N行.....
   
  "WQW TEST" prio=5 tid=3 TimeWating
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x12c44230 self=0x772f0ec000
  | sysTid=22938 nice=0 cgrp=default sched=0/0 handle=0x77391fbd50
  | state=S schedstat=( 274896 0 1 ) utm=0 stm=0 core=1 HZ=100
  | stack=0x77390f9000-0x77390fb000 stackSize=1039KB
  | held mutexes=
  at java.lang.Thread.sleep(Native method)
  - sleeping on <0x043831a6> (a java.lang.Object)
  at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:440)
  - locked <0x043831a6> (a java.lang.Object)
  at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:356)
  at com.example.test.MainActivity$onCreate$2$thread$1.run(MainActivity.kt:22)
  - locked <0x01aed1da> (a java.lang.Object)————————————————————关键行!!!
  at java.lang.Thread.run(Thread.java:919)
复制代码

这是一个典型的主线程被锁阻塞的例子;

waiting to lock <0x01aed1da> (a java.lang.Object) held by thread 3
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其中等待的锁是<0x01aed1da>,这个锁的持有者是线程 3。进一步搜索 “tid=3” 找到线程3, 发现它正在TimeWating。

那么ANR的原因找到了:线程3持有了一把锁,并且自身长时间不释放,主线程等待这把锁发生超时。在线上环境中,常见因锁而ANR的场景是SharePreference写入。

5.4 CPU被抢占

CPU usage from 0ms to 10625ms later (2020-03-09 14:38:31.633 to 2020-03-09 14:38:42.257):
  543% 2045/com.alibaba.android.rimet: 54% user + 89% kernel / faults: 4608 minor 1 major ————关键行!!!
  99% 674/android.hardware.camera.provider@2.4-service: 81% user + 18% kernel / faults: 403 minor
  24% 32589/com.wang.test: 22% user + 1.4% kernel / faults: 7432 minor 1 major
  ........省略N行.....
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如上日志,第二行是钉钉的进程,占据CPU高达543%,抢占了大部分CPU资源,因而导致发生ANR。

5.5 内存紧张导致ANR

如果有一份日志,CPU和堆栈都很正常(不贴出来了),仍旧发生ANR,考虑是内存紧张。

从CPU第一行信息可以发现,ANR的时间点是2020-10-31 22:38:58.468—CPU usage from 0ms to 21752ms later (2020-10-31 22:38:58.468 to 2020-10-31 22:39:20.220)

接着去系统日志里搜索am_meminfo, 这个没有搜索到。再次搜索onTrimMemory,果然发现了很多条记录;

10-31 22:37:19.749 20733 20733 E Runtime : onTrimMemory level:80,pid:com.xxx.xxx:Launcher0
10-31 22:37:33.458 20733 20733 E Runtime : onTrimMemory level:80,pid:com.xxx.xxx:Launcher0
10-31 22:38:00.153 20733 20733 E Runtime : onTrimMemory level:80,pid:com.xxx.xxx:Launcher0
10-31 22:38:58.731 20733 20733 E Runtime : onTrimMemory level:80,pid:com.xxx.xxx:Launcher0
10-31 22:39:02.816 20733 20733 E Runtime : onTrimMemory level:80,pid:com.xxx.xxx:Launcher0
复制代码

可以看出,在发生ANR的时间点前后,内存都处于紧张状态,level等级是80,查看Android API 文档;

   /**
    * Level for {@link #onTrimMemory(int)}: the process is nearing the end
    * of the background LRU list, and if more memory isn't found soon it will
    * be killed.
    */
   static final int TRIM_MEMORY_COMPLETE = 80;
复制代码

可知80这个等级是很严重的,应用马上就要被杀死,被杀死的这个应用从名字可以看出来是桌面,连桌面都快要被杀死,那普通应用能好到哪里去呢?

一般来说,发生内存紧张,会导致多个应用发生ANR,所以在日志中如果发现有多个应用一起ANR了,可以初步判定,此ANR与你的应用无关。

5.6 系统服务超时导致ANR

系统服务超时一般会包含BinderProxy.transactNative关键字,请看如下日志:

"main" prio=5 tid=1 Native
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x727851e8 self=0x78d7060e00
  | sysTid=4894 nice=0 cgrp=default sched=0/0 handle=0x795cc1e9a8
  | state=S schedstat=( 8292806752 1621087524 7167 ) utm=707 stm=122 core=5 HZ=100
  | stack=0x7febb64000-0x7febb66000 stackSize=8MB
  | held mutexes=
  kernel: __switch_to+0x90/0xc4
  kernel: binder_thread_read+0xbd8/0x144c
  kernel: binder_ioctl_write_read.constprop.58+0x20c/0x348
  kernel: binder_ioctl+0x5d4/0x88c
  kernel: do_vfs_ioctl+0xb8/0xb1c
  kernel: SyS_ioctl+0x84/0x98
  kernel: cpu_switch_to+0x34c/0x22c0
  native: #00 pc 000000000007a2ac  /system/lib64/libc.so (__ioctl+4)
  native: #01 pc 00000000000276ec  /system/lib64/libc.so (ioctl+132)
  native: #02 pc 00000000000557d4  /system/lib64/libbinder.so (android::IPCThreadState::talkWithDriver(bool)+252)
  native: #03 pc 0000000000056494  /system/lib64/libbinder.so (android::IPCThreadState::waitForResponse(android::Parcel*, int*)+60)
  native: #04 pc 00000000000562d0  /system/lib64/libbinder.so (android::IPCThreadState::transact(int, unsigned int, android::Parcel const&, android::Parcel*, unsigned int)+216)
  native: #05 pc 000000000004ce1c  /system/lib64/libbinder.so (android::BpBinder::transact(unsigned int, android::Parcel const&, android::Parcel*, unsigned int)+72)
  native: #06 pc 00000000001281c8  /system/lib64/libandroid_runtime.so (???)
  native: #07 pc 0000000000947ed4  /system/framework/arm64/boot-framework.oat (Java_android_os_BinderProxy_transactNative__ILandroid_os_Parcel_2Landroid_os_Parcel_2I+196)
  at android.os.BinderProxy.transactNative(Native method) ————————————————关键行!!!
  at android.os.BinderProxy.transact(Binder.java:804)
  at android.net.IConnectivityManager$Stub$Proxy.getActiveNetworkInfo(IConnectivityManager.java:1204)—关键行!
  at android.net.ConnectivityManager.getActiveNetworkInfo(ConnectivityManager.java:800)
  at com.xiaomi.NetworkUtils.getNetworkInfo(NetworkUtils.java:2)
  at com.xiaomi.frameworkbase.utils.NetworkUtils.getNetWorkType(NetworkUtils.java:1)
  at com.xiaomi.frameworkbase.utils.NetworkUtils.isWifiConnected(NetworkUtils.java:1)
复制代码

从堆栈可以看出获取网络信息发生了ANR:getActiveNetworkInfo。

前文有讲过:系统的服务都是Binder机制(16个线程),服务能力也是有限的,有可能系统服务长时间不响应导致ANR。如果其他应用占用了所有Binder线程,那么当前应用只能等待。

可进一步搜索:blockUntilThreadAvailable关键字:

at android.os.Binder.blockUntilThreadAvailable(Native method)
复制代码

如果有发现某个线程的堆栈,包含此字样,可进一步看其堆栈,确定是调用了什么系统服务。此类ANR也是属于系统环境的问题,如果某类型机器上频繁发生此问题,应用层可以考虑规避策略。

六、结语

本文总结的技巧来自笔者工作中的大量ANR日志分析经验,如有错漏请留言指出,交流促使进步!

作者:vivo互联网客户端团队—Wang Qinwei

文章分类
Android
文章标签