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Android 性能监控框架 xCrash-捕获 Java 和

Android 性能监控框架 xCrash-捕获 Java 和

作者: Android阿南 | 来源:发表于2020-11-25 20:57 被阅读0次

概述

xCrash 是爱奇艺开源的一个用于监控 Java 和 Native 崩溃的组件，只需要在 Application 类中初始化即可启用：

XCrash.init(this);
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也可以对一些选项进行配置：

XCrash.InitParameters params = new XCrash.InitParameters();

// 通用配置
params.setAppVersion(mConfig.getAppVersion())
        .setPlaceholderCountMax(DEFAULT_PLACEHOLDER_MAX_COUNT)
        .setPlaceholderSizeKb(DEFAULT_PLACEHOLDER_SIZE_KB)
        .setLogFileMaintainDelayMs(DEFAULT_LOG_FILE_MAINTAIN_DELAY_MS);

// Java 崩溃配置
params.setJavaRethrow(true)
        .setJavaDumpFds(false)
        // ...
        .setJavaCallback(callback);

// Native 崩溃配置
params.setNativeRethrow(true)
        // ...
        .setNativeCallback(callback);

// ANR 配置
params.setAnrCallback(callback);

XCrash.init(mConfig.getApp(), params);
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崩溃发生后的 json 示例如下：

{
    "logcat":"...",
    "java stacktrace":"...",
    "Brand":"vivo",
    "Model":"vivo Y66",
    "pid":"18227",
    "network info":"...",
    "memory info":"...",
    "App version":"1.2.3-beta456-patch789",
    "tname":"main ",
    "pname":"xcrash.sample",
    "Manufacturer":"vivo",
    "Rooted":"No",
    "open files":"...",
    "other threads":"...",
    "OS version":"6.0.1",
    "ABI list":"armeabi-v7a,armeabi",
    "Start time":"2020-06-01T14:47:11.768+0800",
    "foreground":"yes",
    "tid":"18227",
    "Build fingerprint":"vivo\/PD1621\/PD1621:6.0.1\/MMB29M\/compiler04111924:user\/release-keys",
    "App ID":"xcrash.sample",
    "Crash type":"java",
    "API level":"23",
    "Crash time":"2020-06-01T14:47:36.029+0800",
    "Tombstone maker":"xCrash 2.4.9"
}
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可自定义回调处理逻辑，比如将信息上报给服务器：

ICrashCallback callback = new ICrashCallback() {
    @Override
    public void onCrash(String logPath, String emergency) {
        if (emergency != null) {
            sendReport(logPath, emergency);
        }
    }
}

private void sendReport(String logPath, String emergency) {
    // 解析日志文件，生成 json 报告
    Map<String, String> map = TombstoneParser.parse(logPath, emergency);
    String crashReport = new JSONObject(map).toString();

    // 发送到服务器
    // ...

    // 删除日志文件
    TombstoneManager.deleteTombstone(logPath);
}
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捕获 Java 崩溃

Java 崩溃的捕获很简单，xCrash 是通过 UncaughtExceptionHandler 接口实现的，处理逻辑如下：

class JavaCrashHandler implements UncaughtExceptionHandler {

    void initialize(...) {
        // 获取原来的 handler
        this.defaultHandler = Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();
        Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(this);
    }

    @Override
    public void uncaughtException(Thread thread, Throwable throwable) {
        if (defaultHandler != null) {
            Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(defaultHandler);
        }

        // 处理崩溃
        handleException(thread, throwable);

        if (this.rethrow) { // 如果 rethrow 为 true，那么将异常抛给原 Hanlder
            if (defaultHandler != null) {
                defaultHandler.uncaughtException(thread, throwable);
            }
        } else { // 否则退出应用
            ActivityMonitor.getInstance().finishAllActivities();
            Process.killProcess(this.pid);
            System.exit(10);
        }
    }
}
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出现崩溃后，JavaCrashHandler 会收集 logcat、异常堆栈、文件句柄、内存等信息，并写入到 tombstone 文件中。

值得注意的是，xCrash 会预先创建多个 placeholder 文件，在出现崩溃后再重命名为 tombstone 文件：

File createLogFile(String filePath) {
    File newFile = new File(filePath);

    File dir = new File(logDir);
    File cleanFile = dir.listFiles()[cleanFilesCount - 1];
    if (cleanFile.renameTo(newFile)) {
        return newFile;
    }

    newFile.createNewFile();
    return newFile;
}
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这么做可以避免文件句柄不足导致无法创建日志文件。

获取崩溃信息

Java 堆栈

对于 Java 堆栈，xCrash 是通过下面两个方法来获取的：

Throwable.printStackTrace()
Thread.getAllStackTraces()  // 获取其它线程堆栈
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根据 Android 开发高手课的说法，Thread.getAllStackTraces() 的优点是简单、兼容性好，缺点是成功率不高、需要暂停线程，而且 7.0 之后无法通过获取主线程堆栈。

logcat

对于 Logcat 日志的获取，xCrash 是通过 Logcat 命令行工具实现的：

static String getLogcat(int logcatMainLines, int logcatSystemLines, int logcatEventsLines) {
    int pid = android.os.Process.myPid();
    StringBuilder sb = new StringBuilder();

    getLogcatByBufferName(pid, sb, "main", logcatMainLines, 'D');
    getLogcatByBufferName(pid, sb, "system", logcatSystemLines, 'W');
    getLogcatByBufferName(pid, sb, "events", logcatSystemLines, 'I');

    return sb.toString();
}

private static void getLogcatByBufferName(int pid, StringBuilder sb, String bufferName, int lines, char priority) {
    List<String> command = new ArrayList<String>();
    command.add("/system/bin/logcat");
    command.add("-b");
    command.add(bufferName);
    command.add("-d");
    command.add("-v");
    command.add("threadtime");
    command.add("-t");

    //append logs
    String line;
    Process process = new ProcessBuilder().command(command).start();
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        sb.append(line).append("\n");
    }
}
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根据 Android 开发高手课的说法，这种方式的优点是简单、兼容性好，缺点是可控性差、失败率高。

文件句柄

文件句柄信息则是通过读取文件 /proc/self/fd 文件获取的：

static String getFds() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder("open files:\n");

    File dir = new File("/proc/self/fd");
    File[] fds = dir.listFiles();

    for (File fd : fds) {
        String path = Os.readlink(fd.getAbsolutePath());
        sb.append(fd.getName()).append(": ").append(path.trim()).append('\n');
    }
    return sb.toString();
}
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内存信息

内存信息则是通过读取文件 /proc/meminfo、/proc/self/status、/proc/self/limits，以及调用系统接口 Debug.getMemoryInfo 获取的：

static String getMemoryInfo() {
    return "memory info:\n"
        + Util.getFileContent("/proc/meminfo")
        + Util.getFileContent("/proc/self/status")
        + Util.getFileContent("/proc/self/limits")
        + Util.getProcessMemoryInfo()
}

static String getProcessMemoryInfo() {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    Debug.MemoryInfo mi = new Debug.MemoryInfo();
    Debug.getMemoryInfo(mi);
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.java-heap"));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.native-heap"));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.code"));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.stack")));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.graphics")));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.private-other")));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.system")));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.total-pss"));
    sb.append(mi.getMemoryStat("summary.total-swap"));
    return sb.toString();
}
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捕获 Native 崩溃

初始化

Native Crash 检测是通过监控系统信号实现的，开始监控之前，首先需要执行一些初始化操作，比如，因为需要将崩溃信息写到文件里，而考虑到文件句柄耗尽的情况，可以提前获取 2 个文件句柄（一个给 crash 事件，一个给 anr 事件）：

int xc_common_init(...) {
    //create prepared FD for FD exhausted case
    xc_common_open_prepared_fd(1);
    xc_common_open_prepared_fd(0);
}
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同时，设置 Java 回调，以便在崩溃时将信息传到 Java 层：

static void xc_crash_init_callback(JNIEnv *env) {
    xc_crash_cb_method = (*env)->GetStaticMethodID(env, xc_common_cb_class, "crashCallback", "...");
}
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然后启动后台线程，创建 eventfd 并监听，如果收到了 eventfd 消息就说明发生了崩溃，那时再由子线程进行处理：

static void xc_crash_init_callback(JNIEnv *env) {
    //eventfd and a new thread for callback
    xc_crash_cb_notifier = eventfd(0, EFD_CLOEXEC);
    pthread_create(&xc_crash_cb_thd, NULL, xc_crash_callback_thread, NULL);
}
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个人理解，开启子线程是为了获取 env 变量，否则无法回调 Java 层。而使用 eventfd 而不是条件变量或其它同步方式，是因为 eventfd 更轻量级，性能损耗更小，对崩溃处理造成的影响更小。

注册信号处理器

接着，使用 sigaction 接口注册信号处理器，监控系统信号：

static xcc_signal_crash_info_t xcc_signal_crash_info[] =
        {
                {.signum = SIGABRT},   // 程序异常终止
                {.signum = SIGBUS},    // 非法地址
                {.signum = SIGFPE},    // 算术运算出错
                {.signum = SIGILL},    // 非法指令
                {.signum = SIGSEGV},   // 非法访问(没有权限的)内存
                {.signum = SIGTRAP},   // 断点指令或其它 trap 指令
                {.signum = SIGSYS},    // 非法的系统调用
                {.signum = SIGSTKFLT}  // 栈溢出
        };

int xcc_signal_crash_register(void (*handler)(int, siginfo_t *, void *)) {
    struct sigaction act;
    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_sigaction = handler;

    // 注册信号处理器，并保存旧处理器，以便在处理器完毕后，重新将信号发送给旧处理器
    size_t i;
    for (i = 0; i < sizeof(xcc_signal_crash_info) / sizeof(xcc_signal_crash_info[0]); i++)
        sigaction(xcc_signal_crash_info[i].signum, &act, &(xcc_signal_crash_info[i].oldact));

    return 0;
}
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写入崩溃信息到文件

监听到信号发生时，就认为发生了崩溃，打开日志文件夹（如果打开失败，就使用之前预留的 fd）：

static int xc_common_open_log(...) {
    if ((fd = open(xc_common_log_dir, flags))) < 0) {
        //try again with the prepared fd
        xc_common_close_prepared_fd(is_crash);
        fd = open(xc_common_log_dir, flags);
    }
}
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将 placeholder 重命名文件为 tombstone 文件，准备记录崩溃信息：

//try to rename a placeholder file and open it
while ((n = syscall(XCC_UTIL_SYSCALL_GETDENTS, fd, buf, sizeof(buf))) > 0) { // 遍历文件夹
    if (0 == rename(placeholder_pathname, pathname)) {
        close(fd);
        return open(pathname, flags);
    }
}
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为了防止二次崩溃导致日志写入失败，启动一个新的进程，将堆栈、内存、文件句柄等信息写入到 tombstone 文件中：

static void xc_crash_signal_handler(int sig, siginfo_t *si, void *uc) {
    ... // 先收集崩溃环境信息，比如时间戳、线程名等
    pid_t dumper_pid = xc_crash_fork(xc_crash_exec_dumper); // 创建新进程
    waitpid(dumper_pid, &status, __WALL); // 等待进程执行完毕
}
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回调 Java 层

文件写入完毕后，发送信息给之前创建的 eventfd：

static void xc_crash_signal_handler(int sig, siginfo_t *si, void *uc) {
    xc_crash_callback();
}

static void xc_crash_callback() {
    write(xc_crash_cb_notifier, &data, sizeof(data);
    pthread_join(xc_crash_cb_thd, NULL); // 等待线程执行完毕
}
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子线程读取到 eventfd 消息后，回调给 Java 层：

static void *xc_crash_callback_thread(void *arg) {
    read(xc_crash_cb_notifier, &data, sizeof(data));
    //do callback
    (*env)->CallStaticVoidMethod(env, ...);
}
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之后 Java 层的 ICrashCallback 再进行具体的崩溃处理，比如发送 json 数据给服务器。

重抛异常

和 Java Crash 一样，Native Crash 也有重抛异常的机制，实现原理很简单，取消注册自己的信号处理器，注册之前保存的旧信号处理器，xCrash 处理完毕后，重新将信号发送出去，由旧信号处理器处理：

static void xc_crash_signal_handler(int sig, siginfo_t *si, void *uc) {
    // 取消注册自己的信号处理器，注册之前保存的旧信号处理器
    if (xc_crash_rethrow) {
        xcc_signal_crash_unregister();
    }

    ...    // 获取崩溃日志

    // 回调给 Java 层
    xc_crash_callback();

    // 将信号重新发送出去，交给旧处理器处理
    xcc_signal_crash_queue(si)
}
复制代码

一些问题

Native 崩溃发生时，部分信息的获取似乎基于 ptrace 实现的，但个人对 ptrace 没有了解，代码也很难看懂，就不分析了。

根据 Android 开发高手课的说法，崩溃发生时，除了要考虑文件句柄、二次崩溃等问题之外，栈溢出、堆内存耗尽的问题也是必须要考虑的，但 xCrash 似乎没有做这方面的处理，而且堆栈、logcat 日志的获取使用的也是比较简单的方法，所以，对于企业级应用，Bugly 等框架或许才是更好的选择。

总结

Java 崩溃监控是通过 UncaughtExceptionHandler 实现的。崩溃发生时，通过 logcat 命令行工具获取 logcat 日志，通过 /proc 文件系统收集文件句柄、内存等信息。

Native 崩溃检测是通过监控系统信号实现的，流程如下：

  1. 注册自己的信号处理器，保存旧信号处理器
  2. 崩溃发生时，启动新的进程，收集崩溃环境信息，写入到 tombstone 文件， 回调给 Java 层
  3. 注册旧信号处理器，重新发送信号，交给旧信号处理器处理

值得注意的细节有：

  1. 考虑到文件句柄耗尽的情况，xCrash 会提前获取文件句柄，预先创建多个 placeholder 文件，防止崩溃发生时无法创建文件
  2. 为了防止二次崩溃导致日志生成失败，xCrash 创建了一个新的进程来收集崩溃现场
  3. 用于 Java 回调的子线程使用 eventfd 监听崩溃的发生

作者：zouzhiheng
链接：https://juejin.cn/post/6898938662214434830
来源：掘金

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