频繁绘制导致的卡顿/ANR/生命周期异常解决思路

前言

最近遇到一个很奇怪的问题,一个新的页面打开后,旧的页面在大概10秒钟的时候才回调onStop(),导致视频一直在后台播放。

然后自己以及同事在日常开发当中经常会遇到类似这种ANR问题:

"main" prio=10 tid=1 Native
  | group="" sCount=1 dsCount=0 flags=1 obj=0x72a47438 self=0xe8101c10
  | sysTid=19894 nice=-10 cgrp=top-app sched=0/0 handle=0xf59b6470
  | state=S schedstat=( 150520961518 21654829419 399794 ) utm=10696 stm=4356 core=7 HZ=100
  | stack=0xff467000-0xff469000 stackSize=8192KB
  | held mutexes=
  native: #00 pc 0003463c  /apex/com.android.runtime/lib/bionic/libc.so (syscall+28)
  native: #01 pc 0003978f  /apex/com.android.runtime/lib/bionic/libc.so (__futex_wait_ex(void volatile*, bool, int, bool, timespec const*)+94)
  native: #02 pc 00080da3  /apex/com.android.runtime/lib/bionic/libc.so (pthread_cond_wait+32)
  native: #03 pc 00154755  /system/lib/libhwui.so (android::uirenderer::renderthread::DrawFrameTask::postAndWait()+156)
  native: #04 pc 0013e39b  /system/lib/libhwui.so (android::android_view_ThreadedRenderer_syncAndDrawFrame(_JNIEnv*, _jobject*, long long, _jlongArray*, int)+54)
  at android.graphics.HardwareRenderer.nSyncAndDrawFrame(Native method)
  at android.graphics.HardwareRenderer.syncAndDrawFrame(HardwareRenderer.java:442)
  at android.view.ThreadedRenderer.draw(ThreadedRenderer.java:663)
  at android.view.ViewRootImpl.draw(ViewRootImpl.java:4162)
  at android.view.ViewRootImpl.performDraw(ViewRootImpl.java:3889)
  at android.view.ViewRootImpl.performTraversals(ViewRootImpl.java:3153)
  at android.view.ViewRootImpl.doTraversal(ViewRootImpl.java:1988)
  at android.view.ViewRootImpl$TraversalRunnable.run(ViewRootImpl.java:8316)
  at android.view.Choreographer$CallbackRecord.run(Choreographer.java:1056)
  at android.view.Choreographer.doCallbacks(Choreographer.java:878)
  at android.view.Choreographer.doFrame(Choreographer.java:811)
  at android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver.run(Choreographer.java:1041)
  at android.os.Handler.handleCallback(Handler.java:938)
  at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:99)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:223)
  at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:7822)
  at java.lang.reflect.Method.invoke(Native method)
  at com.android.internal.os.RuntimeInit$MethodAndArgsCaller.run(RuntimeInit.java:592)
  at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:952)

发送ANR的时候,主线程在忙着绘制,但是不知道怎么定位具体是哪个控件的问题。

如果你也遇到过类似这种问题,那么恭喜你,这篇文章很适合你。

知识准备

我们需要掌握以下的前置知识:

  • 学习屏幕刷新机制
  • Activity启动流程
  • View绘制流程
  • 学习Handler原理,Handler同步/异步消息/同步屏障相关知识
  • ANR机制的原理
  • 学习BlockCanary卡顿检测原理

由于网上文章比较多,可以自己去搜索相关文章查看,文章末尾我也会推荐一些。

原理解析

我们都知道,频繁绘制会导致卡顿,但是也有可能导致Activity生命周期回调异常,甚至ANR。

我们熟悉以上那些原理和流程之后,你会发现Activity的生命周期和绘制流程,都高度依赖Handler的消息机制,整个Android系统正常运行都离不开Handler。

我们启动Activity的时候,AMS通过Binder通知应用进程后,需要利用Handler从Binder线程切换到主线程,也就是我们常说的大H的作用。

在屏幕刷新以及绘制的流程当中,ViewRootImpl会往主线程的消息队列里面添加同步屏障,并且给Choreographer编舞者添加Callback,此时同步消息就不能再被Looper取出和执行了。Choreographer编舞者的主要作用是配合垂直同步信号Vsync,当Vsync到来的时候触发View的绘制流程。

综上所述,绘制流程中使用到的异步消息,绘制的优先级甚至比生命周期的优先级高,绘制的高优先级是Android为了确保界面的流畅度而设计的,这个设计的基础原理就是Handler同步屏障。

在Activity启动流程中,经历了多次App侧和AMS侧的进程间通信,新的要显示的Activity在resume后,App侧的主线程空闲下来才会通知AMS执行后续流程,也就是将被覆盖的Activity执行stop。那要是新的Activity在resume后,主线程一直在循环处理MessageQueue中堆积的msg呢?很显然,要是这样的话,通知AMS执行后续流程自然被延迟了,因此,Activity的onStop和onDestroy生命周期回调自然也就被延迟了。

关于这部分的详细源码解析,可以查看参考文章。

而又根据ANR的检测原理,Android是通过设置Handler定时消息实现ANR检测的,定时消息是由AMS的消息队列处理的(system_server的ActivityManager线程),在调度四大组件的时候发送一个定时消息,调度成功后移除定时消息,调度失败的时候就触发ANR流程。一旦应用进程频繁绘制导致Activity的生命周期无法调度,那就有可能产生ANR。

因此,我们的程序设计不合理导致的频繁绘制,就很有可能导致卡顿、生命周期异常、ANR等一些列疑难杂症。

Handler日志打印

Handler消息机制是Android系统设计的精髓,是Android系统稳定运行的重要组成部分,因此笔者推荐在Debug版本打开Handler日志。

可以通过以下代码打开和关闭Handler日志。

// 打印Handler日志
Looper.getMainLooper().setMessageLogging(LogPrinter(Log.DEBUG, TAG))

// 关闭Handler日志
Looper.getMainLooper().setMessageLogging(null)

频繁绘制的情况下,在Activity打开并且稳定下来之后(onResume()后),如果还大量刷屏以下的绘制相关的消息,那你就应该警惕是不是存在不合理的频繁绘制:

2022-07-13 14:10:02.022 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.023 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.038 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.039 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.055 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.056 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.072 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.075 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.088 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.089 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.104 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.105 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.124 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.125 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.138 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.139 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.154 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.155 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.173 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.175 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.188 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.189 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.204 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.205 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.220 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.221 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.237 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f: 0
2022-07-13 14:10:02.238 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.view.Choreographer$FrameHandler) {618ceae} android.view.Choreographer$FrameDisplayEventReceiver@1d344f
2022-07-13 14:10:02.239 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: >>>>> Dispatching to Handler (android.app.ActivityThread$H) {b268371} null: 159
2022-07-13 14:10:02.247 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: MainActivity onStop
2022-07-13 14:10:02.291 7897-7897/com.example.testappcompatactivity D/wuhuannan: <<<<< Finished to Handler (android.app.ActivityThread$H) {b268371} null

细心的读者可能会发现,Activity的onStop()在最后面才有机会被执行,应该是触发了Activity生命周期的超时机制导致的。

另外,BlockCanary等一些常用的卡顿检测工具就是通过setMessageLogging来实现的。

总体思路与解决方案

以上就是一些原理基础,那么遇到频繁绘制问题的时候应该如何去定位和解决呢?实践是基于理论的,大道至简,我们既然熟悉了源码和原理,那么就可以顺着这个思路去断点调试,通常来说都会有所收获,具体步骤如下:

  1. BUG定位:根据main log、event log、trace log等相关信息,掌握发生BUG的相关信息:包括但不限于相关堆栈、时间点、所在页面、前后页面、正在执行的相关业务逻辑
  2. 打印Handler日志、开启开发者选项里面的屏幕刷新闪烁提醒、借助BlockCanary工具:分析问题页面在什么情况下会触发大量绘制
  3. 断点调试:在触发绘制流程的地方加断点,推荐在ViewRootImpl.scheduleTraversals()加方法断点(防止源码行号不一致),查看断点堆栈,分析哪个控件频繁触发绘制流程

一些建议

通常情况下是动画没有及时关闭(尤其注意列表场景)、WindowInsets使用不恰当等问题导致,因此平时开发过程中要额外注意这些。

参考资料:

深入浅出Android屏幕刷新原理

最全的View绘制流程(上)— Window、DecorView、ViewRootImp的关系

最全的View绘制流程(下)— Measure、Layout、Draw

Android筑基——可视化方式理解 Handler 的同步屏障机制

ANR机制以及问题分析

androidx中ViewPager导致的死循环绘制问题

深入分析Android中Activity的onStop和onDestroy()回调延时及延时10s的问题

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