Android广播事件流程与广播ANR原理深入刨析

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Android广播事件流程与广播ANR原理深入刨析

失落夏天   2022-11-02 我要评论

序言

本想写广播流程中ANR是如何触发的,但是如果想讲清楚ANR的流程,就不得不提整个广播事件的流程,所以就把两块内容合并在一起讲了。

本文会讲内容如下:

1.动态注册广播的整个分发流程,从广播发出,一直到广播注册者接收。

2.广播类型ANR的判断流程和原理。

PS:本文基于android13的源码进行讲解。

一.基本流程和概念

动态广播的流程其实是很简单的,整套流程都在java层执行,不涉及到native流程。

我们先来看一下最基本的流程图:

首先是广播注册者,向AMS注册广播接收器,AMS交给BroadcastQueue来处理。也就是说BroadcastQueue中装载所有的广播接收器。然后广播发出者向AMS发出广播,这时候AMS仍然会交给BroadcastQueue来处理,在其中找到符合条件的接受者,然后向接受者发出广播的通知。

然后我们再来了解一些最基本类的功能

ContextImp:Context的最终实现类,activity,application中的各种功能最终都是委托给其来处理的,广播功能自然也不例外。

ActivityManagerService:负责所有应用的Activity的流程,包括广播六层呢。至于为什么广播也由其来进行处理,而不是搞一个BroadcastManagerService,估计是觉得广播功能简单不需要单独设计Service吧。

BroadCastQueue:装载所有的动态广播接收器,静态广播也是由其来负责加载的,负责具体广播的分发工作。一种有三种类型,前台,后台,离线。

BroadcastReceiver:广播注册者

二.无序广播流程

首先我们了解下什么是无需广播和有序广播。简单来说,有序广播就是需要严格按照优先级,依次的执行接收动作,高优先级的广播接受者如果没有处理完,低优先级的广播接受者是无法收到广播的。无需广播就是没有顺序,各个广播接受者之间没有相互依赖关系。

无需广播,发送是sendBroadcast方法发送广播通知。

有序广播,需要使用sendOrderedBroadcast方法发送广播通知。

无序广播大体流程图如下:

注册广播接收者流程

1.APP侧,无论activity还是application,还是service,最终都是交给Context的实现类ContentImpl进行最终的处理的。所以注册广播的时候,最终调用的是ContentImpl的registerReceiver方法。

2.registerReceiver方法中通过binder,通知到AMS的registerReceiverWithFeature方法。

3.registerReceiverWithFeature方法中,首先做一些安全校验。

4.除了action类型,还会有scheme的类型,这里就不具体介绍了。

5.最终都会注册到IntentResolver类型对象mReceiverResolver上。

广播通知流程

1.仍然交由ContextImpl中的broadcastIntentWithFeature方法来处理。

2.broadcastIntentWithFeature通知到AMS的broadcastIntentLocked方法中。

3.首先从mReceiverResolver中查询,看是否存在接受者,如果存在,加入到registeredReceivers集合中。

registeredReceivers = mReceiverResolver.queryIntent(intent,
                        resolvedType, false /*defaultOnly*/, userId);

4.如果mReceiverResolver不为空,并且是无序广播,则根据intent找到所对应的BroadcastQueue(根据前台,后台,离线的类型)。

if (!ordered && NR > 0) {
            final BroadcastQueue queue = broadcastQueueForIntent(intent);
            BroadcastRecord r = new BroadcastRecord(queue, intent, ...);
            if (!replaced) {
                queue.enqueueParallelBroadcastLocked(r);
                queue.scheduleBroadcastsLocked();
            }
            egisteredReceivers = null;
            NR = 0;
}

5.生成BroadcastRecord对象用来记录这次的action所对应的广播事件,然后加入到BroadcastQueue的mParallelBroadcasts集合中。然后通过scheduleBroadcastsLocked方法切换到主线程执行。这里要强调的是,无论是有序广播还是无序广播,都是通过这个方法来分发的。最终主线程会调用到processNextBroadcast方法。代码在上面5,6行。

6.processNextBroadcast方法中逻辑很多,我们这里先只讲无序广播的流程。上一步中,我们把BroadcastRecord加入到了mParallelBroadcasts中,所以这里发送广播的时候,直接遍历mParallelBroadcasts集合,然后通知接受者接收。具体的流程可以看流程图,这里就不细讲了。

具体代码如下:

while (mParallelBroadcasts.size() > 0) {
            r = mParallelBroadcasts.remove(0);
            r.dispatchTime = SystemClock.uptimeMillis();
            r.dispatchClockTime = System.currentTimeMillis();
            ...
            final int N = r.receivers.size();
            for (int i=0; i<N; i++) {
                Object target = r.receivers.get(i);
                deliverToRegisteredReceiverLocked(r,
                        (BroadcastFilter) target, false, i);//分发给接受者
            }
            addBroadcastToHistoryLocked(r);
        }

三.有序广播流程

有序广播流程和上面无序广播是类似的,最终请求AMS的方法其实也是broadcastIntentWithFeature方法,两者只是参数有区别而已。

我们仍然按照注册广播接受者和发送广播两个流程来讲,首先是注册广播。

注册广播接收者流程

注册的流程和无序广播是一样的。

广播通知流程

1.前面的流程和无序广播是一样的,唯一的区别是进入到AMS的broadcastIntentLocked方法后,执行逻略微有区别。有序广播,调用的是BroadcastQueue中的

enqueueOrderedBroadcastLocked方法,把BroadcastRecord对象最终注册到BroadcastDispatcher中的mOrderedBroadcasts集合中,然后在调用scheduleBroadcastsLocked方法切换到主线程,执行processNextBroadcastLocked的主流程。

下面介绍的都是processNextBroadcastLocked方法,也是广播事件分发的的核心流程代码:

2.processNextBroadcastLocked中,首先仍然去无序队列mParallelBroadcasts中查,这时候肯定是没有值的,所以跳过这个步骤。

3.然后通过mDispatcher.getNextBroadcastLocked(now);方法去BroadcastDispatcher中查找,方法实现如下,因为刚才应添加到了mOrderedBroadcasts集合中,所以这时候可以找到并返回BroadcastRecord对象。

4.BroadcastRecord.nextReceiver用来记录一系列有序广播执行到了第几个,0代表开始,如果为0,则记录一些必要信息。另外,会更新掉record的时间receiverTime,这一点很重要,下面ANR流程中会有涉及到。

代码如下:

int recIdx = r.nextReceiver++;
r.receiverTime = SystemClock.uptimeMillis();
        if (recIdx == 0) {
            r.dispatchTime = r.receiverTime;
            r.dispatchClockTime = System.currentTimeMillis();
            if (mLogLatencyMetrics) {
                FrameworkStatsLog.write(
                        FrameworkStatsLog.BROADCAST_DISPATCH_LATENCY_REPORTED,
                        r.dispatchClockTime - r.enqueueClockTime);
            }
            if (Trace.isTagEnabled(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER)) {
                Trace.asyncTraceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER,
                    createBroadcastTraceTitle(r, BroadcastRecord.DELIVERY_PENDING),
                    System.identityHashCode(r));
                Trace.asyncTraceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER,
                    createBroadcastTraceTitle(r, BroadcastRecord.DELIVERY_DELIVERED),
                    System.identityHashCode(r));
            }
            if (DEBUG_BROADCAST_LIGHT) Slog.v(TAG_BROADCAST, "Processing ordered broadcast ["
                    + mQueueName + "] " + r);
        }

5.发送一个延时广播,延时时间具体看是前台广播还是后台广播定义的。如果已经发送过并且未结束,则跳过。setBroadcastTimeoutLocked中的具体逻辑,第四章ANR流程中会讲到。

 if (! mPendingBroadcastTimeoutMessage) {
            long timeoutTime = r.receiverTime + mConstants.TIMEOUT;
            if (DEBUG_BROADCAST) Slog.v(TAG_BROADCAST,
                    "Submitting BROADCAST_TIMEOUT_MSG ["
                    + mQueueName + "] for " + r + " at " + timeoutTime);
            setBroadcastTimeoutLocked(timeoutTime);
        }

6.如果接受者是BroadcastFilter类型,则把广播事件发送给接受者。

if (nextReceiver instanceof BroadcastFilter) {
    BroadcastFilter filter = (BroadcastFilter)nextReceiver;
    deliverToRegisteredReceiverLocked(r, filter, r.ordered, recIdx);
 
}

至此,processNextBroadcastLocked的方法暂时介绍完成,即然用暂时,那就说明后面还会涉及到。

7.接收者是LoadedApk中ReceiverDispatcher的内部类InnerReceiver,它是binder的服务端接收者,其performReceive方法收到通知后,会交给ReceiverDispatcher中的performReceive方法处理。

if (rd != null) {
   rd.performReceive(intent, resultCode, data, extras,
                            ordered, sticky, sendingUser);
}

所以,最终来处理广播信息的方法是ReceiverDispatcher中的performReceive方法。其中部分代码如下,getRunnable就是最终通知到我们注册的广播接受者的流程。如果getRunnable中的任务注册不成功的话,会直接发送信号通知回AMS。什么情况下会注册不成功呢?主线程Looper异常执行完并退出时就会发生。

 if (intent == null || !mActivityThread.post(args.getRunnable())) {
                if (mRegistered && ordered) {
                    IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
                    if (ActivityThread.DEBUG_BROADCAST) Slog.i(ActivityThread.TAG,
                            "Finishing sync broadcast to " + mReceiver);
                    args.sendFinished(mgr);
                }
            }
        }

我们在来看一下getRunnable中返回的任务,我们仍然只贴核心代码:

                    if (receiver == null || intent == null || mForgotten) {
                        if (mRegistered && ordered) {
                            if (ActivityThread.DEBUG_BROADCAST) Slog.i(ActivityThread.TAG,
                                    "Finishing null broadcast to " + mReceiver);
                            sendFinished(mgr);
                        }
                        return;
                    }
                   ...
                    try {
                       ...
                        receiver.onReceive(mContext, intent);
                    } catch (Exception e) {
                        ...
                    }
                    if (receiver.getPendingResult() != null) {
                        finish();
                    }

我们可以看到,先执行onReceive的回调,这里就会最终通知到我们的BroadcastReceiver中的onReceive方法。

然后我们在看一下finish方法:这个其实核心就是发送广播完成的信号给AMS:

public final void finish() {
            if (mType == TYPE_COMPONENT) {
                final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
                if (QueuedWork.hasPendingWork()) {
                   ..
                    QueuedWork.queue(new Runnable() {
                        @Override public void run() {
                            if (ActivityThread.DEBUG_BROADCAST) Slog.i(ActivityThread.TAG,
                                    "Finishing broadcast after work to component " + mToken);
                            sendFinished(mgr);
                        }
                    }, false);
                } else {
                    if (ActivityThread.DEBUG_BROADCAST) Slog.i(ActivityThread.TAG,
                            "Finishing broadcast to component " + mToken);
                    sendFinished(mgr);
                }
            } else if (mOrderedHint && mType != TYPE_UNREGISTERED) {
                if (ActivityThread.DEBUG_BROADCAST) Slog.i(ActivityThread.TAG,
                        "Finishing broadcast to " + mToken);
                final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
                sendFinished(mgr);
            }
        }

最终,在BroadcastReceiver.PendingResult的sendFinished方法中,通过binder通知回AMS。

 am.finishReceiver(mToken, mResultCode, mResultData, mResultExtras,
                                mAbortBroadcast, mFlags);

8.AMS的finishReceiver中,主要功能是先通过binder,找到所对应的BroadcastRecord,然后结束掉当前的这个事件流程,如果后面还有事件,则继续调用processNextBroadcastLocked方法,进行下一轮的广播事件分发。

r = queue.getMatchingOrderedReceiver(who);
if (r != null) {
     doNext = r.queue.finishReceiverLocked(r, resultCode,
                        resultData, resultExtras, resultAbort, true);
}
if (doNext) {
     r.queue.processNextBroadcastLocked(/*fromMsg=*/ false, /*skipOomAdj=*/ true);
}

四.广播ANR流程

那么什么时候会导致广播ANR呢?这一套题,我估计能考倒90%的安卓开发者,单纯的无序广播,广播接受者中sleep几分钟,是不会产生广播类型ANR的,ANR只存在于有序广播并且广播接受者未及时响应。

其实了解完整个广播流程,我们ANR流程就好讲的多。我们只需关注整个流程中的几个点就好了。

触发广播监听者流程

1.首先第三章的第五小节中,我们讲到,通过setBroadcastTimeoutLocked方法设置一个延时的消息,消息的执行时间=当前时间+超时时间,此时伴随着广播通知到客户端的流程。

long timeoutTime = r.receiverTime + mConstants.TIMEOUT;
 final void setBroadcastTimeoutLocked(long timeoutTime) {
        if (! mPendingBroadcastTimeoutMessage) {
            Message msg = mHandler.obtainMessage(BROADCAST_TIMEOUT_MSG, this);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, timeoutTime);
            mPendingBroadcastTimeoutMessage = true;
        }
    }

也就是说,一旦达到超时时间,那么就会发送BROADCAST_TIMEOUT_MSG类型的事件,就一定会执行broadcastTimeoutLocked方法。

2.broadcastTimeoutLocked方法中,会再一次进行判断,如果没有到执行时间,会重新触发一次setBroadcastTimeoutLocked的流程。

上面3.8中讲到,如果是有序广播,广播接收者收到消息后,会通过binder回调AMS通知事件处理完成,并重新进入processNextBroadcastLocked流程进行下一轮的分发,这时候,会更新掉上面用到的receiverTime时间。

3.processNextBroadcastLocked分发广播的时候,如果判断进入到了结束的环节,会主动取消注册BROADCAST_TIMEOUT_MSG类型的事件。

 if (r.receivers == null || r.nextReceiver >= numReceivers
                    || r.resultAbort || forceReceive) {
    ...
     cancelBroadcastTimeoutLocked();
}

一旦取消了超时类型消息的注册,自然也不会走到ANR逻辑。

这里有一点绕,所以我举个例子详细解释下,因为一开始我其实也被绕进去了。

假设我们的超时时间为10S,有序广播中有3个接收者,接收者1耗时5S,接收者2耗时6S,接收者3耗时4S,这时候,在接收者2处理中的时候,就会进入到broadcastTimeoutLocked的流程。但是此时,由于接收者1执行完其流程,所以更新了receiverTime时间,此时的超时时间变成5+10S,而当前为第10S,所以并不会超时。第14S的时候接收者3也完成流程,通知回AMS,取消了超时类型消息的注册,所以就不会再次走到broadcastTimeoutLocked的流程了。

所以,走到broadcastTimeoutLocked流程并不一定意味着就会发生ANR。我一开始就是被这个绕进去了。

五.总结

所以整个广播事件分发以及ANR触发流程,我们可以用下图来做一个总结:图片较大,建议另外开一个tab页查看:

六.扩展问题

1.有序和无序广播是怎么区分的?

答:sendOrderedBroadcast和sendBroadcast两个方法,其实最终broadcastIntentWithFeature方法中,就是一个参数不一样,倒数第三个boolean serialized。sendOrderedBroadcast为true,sendBroadcast为false。

2.发送一个广播,A进程中接收,广播接收者A中的onReceive方法中sleep100秒,是否一定会触发ANR?如果是或者不是?原因是什么?如果我们把广播改为有序广播呢?

答:

只有有序广播才会ANR,如果第一种情况如果是无序广播,自然不会ANR。

第二个答案是一般情况下是会的,因为广播接收者A中阻塞,导致AMS无法按时收到广播完成的信号,从而会引起ANR。除非进程A的主线程因为某种异常原因退出,不过这种情况下,onReceive方法自然也不会走到。

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