Input系统之ANR原理分析

Android童话镇
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本文深入解析 Android 输入系统中ANR（应用无响应）的触发原理与处理流程，结合输入系统的整体架构，阐述输入事件处理超时导致 ANR 的核心机制。以下以通俗语言和场景化描述，带你理解 ANR 的触发条件、监测机制及常见场景。

一、ANR 触发的核心场景：输入事件处理超时

Android 系统对输入事件的处理设有严格的超时机制，若应用在规定时间内未完成事件处理，将触发 ANR。核心场景包括：

  1. 应用无响应：应用主线程被阻塞（如耗时操作），无法及时处理输入事件。
  2. 窗口状态异常：窗口处于暂停（paused）、销毁或输入通道阻塞状态，无法接收事件。
  3. 跨进程通信延迟：InputDispatcher 与应用 UI 线程间的 socket 通信延迟，导致事件发送或确认超时。

二、ANR 触发流程：从超时检测到系统响应

2.1 超时检测：InputDispatcher 的等待逻辑

InputDispatcher 在分发事件时，会通过findFocusedWindowTargetsLocked检查目标窗口是否就绪。若窗口未就绪（如应用启动中、输入通道满），进入等待状态：

  • 等待超时时间：默认 5 秒（DEFAULT_INPUT_DISPATCHING_TIMEOUT）。

  • 超时判断：若等待时间超过 5 秒，调用onANRLocked触发 ANR 流程。

cpp

// InputDispatcher.cpp
void InputDispatcher::handleTargetsNotReadyLocked(...) {
    if (currentTime >= mInputTargetWaitTimeoutTime) { // 超过5秒
        onANRLocked(...); // 触发ANR
    }
}

2.2 记录 ANR 现场：onANRLocked 的作用

超时后，InputDispatcher 记录 ANR 现场信息（如应用名称、超时原因、等待时长），并将 ANR 命令加入队列：

cpp

// InputDispatcher.cpp
void InputDispatcher::onANRLocked(...) {
    // 记录ANR日志，如应用名称、超时时间、原因
    mLastANRState.appendFormat("Window: %s, DispatchLatency: %0.1fms", windowLabel, latency);
    // 添加ANR处理命令到队列
    postCommandLocked(&InputDispatcher::doNotifyANRLockedInterruptible);
}

2.3 通知系统处理 ANR：从 Native 到 Java 层的回调

ANR 命令触发后，通过 JNI 调用 Java 层的InputManagerService.notifyANR，最终通知 ActivityManagerService（AMS）处理：

java

// InputManagerService.java
private long notifyANR(...) {
    return mWindowManagerCallbacks.notifyANR(...); // 调用InputMonitor
}

// InputMonitor.java
public long notifyANR(...) {
    // 通知AMS输入分发超时
    ActivityManagerNative.getDefault().inputDispatchingTimedOut(...);
    return KEY_DISPATCHING_TIMEOUT; // 5秒
}

2.4 AMS 处理 ANR：弹出对话框与进程追踪

AMS 收到通知后，触发 ANR 对话框显示，并 dump 进程信息（如主线程堆栈），用于开发者定位问题：

java

// ActivityManagerService.java
public boolean inputDispatchingTimedOut(...) {
    mHandler.post(() -> appNotResponding(...)); // 显示ANR对话框
    return true;
}

三、ANR 的常见原因与日志特征

3.1 超时原因分类

根据checkWindowReadyForMoreInputLocked的检测结果，ANR 原因通常包括：

  1. 窗口未就绪：

    • 窗口暂停：应用进入后台或被系统暂停，如Waiting because the focused window is paused。
    • 输入通道未注册：窗口正在销毁，如Waiting because input channel is not registered。

  2. 应用处理延迟：

    • 输入队列积压：应用未及时处理事件，如Outbound queue length: 10, Wait queue length: 5。
    • 非按键事件超时：触摸事件等待超过 500ms 未处理，如Wait queue head age: 600ms。

  3. 系统状态异常：

    • 无焦点窗口：应用有进程但无可见窗口，如No focused window or focused application。

3.2 日志特征

ANR 发生时，系统日志（adb logcat）会输出以下关键信息：

log

Input event dispatching timed out sending to com.example.app/.MainActivity. Reason: Window is paused
  • TAG：WindowManager，标识输入系统相关 ANR。
  • Reason：具体超时原因，如窗口暂停、队列积压等。

四、死锁监测：Watchdog 与输入系统的健康检查

Android 通过Watchdog 线程监测输入系统线程（InputReader、InputDispatcher）是否死锁，确保流程正常：

  1. 监测机制：

    • InputManagerService 启动时加入 Watchdog 的监测队列。

    • Watchdog 定时调用InputReader.monitor和InputDispatcher.monitor，通过尝试获取锁并唤醒线程，检测是否卡死。

java

// InputManagerService.java
public void start() {
    Watchdog.getInstance().addMonitor(this); // 加入监测
}

  1. 关键方法：

    • InputReader.monitor：获取锁并等待loopOnce的唤醒信号，验证线程活性。
    • InputDispatcher.monitor：类似逻辑，确保分发线程未阻塞。

五、调试与排查：从日志到系统状态

5.1 查看输入系统状态

通过adb shell dumpsys input可获取输入系统实时状态：

  • EventHub：当前注册的输入设备与事件队列。
  • InputReader：事件处理线程状态、设备映射器信息。
  • InputDispatcher：当前处理的事件、等待队列、ANR 历史记录。

5.2 定位 ANR 根源

  1. 日志分析：

    • 搜索Input event dispatching timed out，结合Reason字段判断原因。
    • 查看应用主线程堆栈（ANR 对话框中的 “Wait” 标签），确认是否被阻塞。

  2. 性能工具：

    • 使用 Systrace 跟踪输入事件流程，定位延迟环节（如 InputDispatcher 分发延迟、UI 线程处理延迟）。
    • 通过 Profiler 分析应用主线程，查找耗时操作（如 I/O、复杂渲染）。

六、总结：ANR 的本质与预防

6.1 本质原因

ANR 是系统对输入响应超时的保护机制，核心矛盾在于：

  • 输入系统的实时性要求：输入事件需在 5 秒内处理完毕。
  • 应用主线程的阻塞风险：耗时操作（如网络请求、复杂计算）导致无法及时响应。

6.2 预防策略

  1. 避免主线程阻塞：

    • 将耗时操作移至子线程（如使用 WorkManager、AsyncTask）。
    • 优化 UI 渲染，避免布局过度嵌套或频繁刷新。

  2. 合理管理窗口状态：

    • 及时释放不再使用的窗口资源，避免输入通道泄漏。
    • 在窗口暂停（onPause）时暂停非必要的输入处理。

  3. 监控输入延迟：

    • 通过自定义逻辑监听输入事件处理耗时，提前预警潜在卡顿。

通过本文，可清晰理解 Android 输入系统 ANR 的触发逻辑、常见场景及排查方法。掌握这些知识有助于在开发中针对性优化输入响应性能，提升应用稳定性。

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