Android Crash 前的最后抢救

众所周知，当 Andoird 程序发生未捕获的异常的时候，程序会直接 Crash 退出。而所谓安全气囊，是指在 Crash 发生时捕获异常，然后触发兜底逻辑，在程序退出前做最后的抢救。

一，Java捕获异常

在实现安全气囊之前，我们先思考一个问题，像 bugly、sentry 这种监控框架是如何捕获异常并上传堆栈的呢？要了解这个问题，我们首先要了解一下当异常发生时是怎么传播的。

可以看到，异常到奔溃的流程很简单，主要分为以下几步：

• 当抛出异常时，通过Thread.dispatchUncaughtException进行分发。
• 依次由Thread，ThreadGroup，Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler处理。
• 在默认情况下，KillApplicationHandler会被设置defaultUncaughtExceptionHandler。
• 然后KillApplicationHandler中会调用Process.killProcess退出应用。

可以看出，如果我们通过Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler设置自定义处理器，就可以捕获异常做一些兜底操作了，其实 bugly 这些库也是这么做的。

二、自定义异常处理器

那么如果我们设置了自定义处理器，在里面只做一些打印日志的操作，而不是退出应用，是不是就可以让 app 永不崩溃了呢？答案当然是否定的，主要有以下两个问题：

2.1 Looper 循环问题

我们知道，App 的运行在很大程序上依赖于 Handler 消息机制，Handler 不断的往 MessageQueue 中发送 Message，而Looper则死循环的不断从MessageQueue中取出Message并消费，整个 app 才能运行起来。而当异常发生时，Looper.loop 循环被退出了，事件也就不会被消费了，因此虽然 app 不会直接退出，但也会因为无响应发生 ANR。因此，当崩溃发生在主线程时，我们需要恢复一下Looper.loop。

2.2 主流程抛出异常问题

当我们在主淤积抛出异常时，比如在onCreate方法中，虽然我们捕获住了异常，但程序的执行也被中断了，界面的绘制可能无法完成，点击事件的设置也没有生效。这就导致了 app 虽然没有退出，但用户却无法操作的问题，这种情况似乎还不如直接 Crash 了呢。

因此我们的安全气囊应该支持配置，只处理那些非主流程的操作，比如点击按钮触发的崩溃，或者一些打点等对用户无感知操作造成的崩溃。
 

三、方案设计

为了解决上面提到的两个问题，我们提出了如下的方案：

思路如下：

1. 注册自定义DefaultUncaughtExceptionHandler。
2. 当异常发生时捕获异常。
3. 匹配异常堆栈是否符合配置，如果符合则捕获，否则交给默认处理器处理。
4. 判断异常发生时是否是主线程，如果是则重启Looper。
    

下面是实现代码：

fun setUpJavaAirBag(configList: List) {
    val preDefaultExceptionHandler = Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler()
    // 设置自定义处理器
    Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler { thread, exception ->
        handleException(preDefaultExceptionHandler, configList, thread, exception)
        if (thread == Looper.getMainLooper().thread) {
            // 重启 Looper
            while (true) {
                try {
                    Looper.loop()
                } catch (e: Throwable) {
                    handleException(
                        preDefaultExceptionHandler, configList, Thread.currentThread(), e
                    )
                }
            }
        }
    }
}
private fun handleException(
    preDefaultExceptionHandler: Thread.UncaughtExceptionHandler,
    configList: List,
    thread: Thread,
    exception: Throwable
) {
    // 匹配配置
    if (configList.any { isStackTraceMatching(exception, it) }) {
        Log.w("StabilityOptimize", "Java Crash 已捕获")
    } else {
        Log.w("StabilityOptimize", "Java Crash 未捕获，交给原有 ExceptionHandler 处理")
        preDefaultExceptionHandler.uncaughtException(thread, exception)
    }
}

通过上面的步骤，我们实现了一个 Java 层安全气囊，但是如果发生 Native 层崩溃时，程序还是会崩溃。那么我们能不能按照 Java 层安全气囊的思路，实现一个 Native 层的安全气囊。

 

四、Native 层安全气囊

我们知道，Android Native 层异常是通过信号机制实现的。

1. 当crash产生后，会在用户态阶段调用中断进入内核态。
2. 在处理完内核操作，返回用户态时，会检查信号队列上是否有信号需要处理。
3. 如果有信号需要处理，则会调用sigaction函数进行相应处理。

此时，我们通过注册信号处理函数sigaction设置自定义信号处理器，即可实现Native的安全气囊。

需要注意的是，我们可以通过sigaction设置自定义信号处理器，但是SIGKILL与SIGSTOP信号我们是无法更改其默认行为的，如果我们设置了自定义信号处理器，没有退出 app，但错误实际还是产生了，当错误实在不可控时，系统还是会发送SIGKILL/SIGSTOP信号，这个时候还会导致我们 crash 时无法获取真正的堆栈，因此我们在自定义信号处理器时需要慎重。可以看出，要了解 Native 异常捕获，需要对 Linux 信号机制有一定了解。

五、Native层实现

在了解了 Native 层异常处理的原理之后，我们通过自定义信号处理器来实现一个 Native 层的安全气囊，主要分为以下几步：

1. 注册自定义信号处理器。
2. 获取 Native 堆栈并与配置堆栈进行比较。
3. 如果匹配上了则忽略相关崩溃，如果未匹配上则交给原信号处理器处理。

下面是Native层的代码实现：

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_zj_android_stability_optimize_StabilityNativeLib_openNativeAirBag(
        JNIEnv *env,
        jobject /* this */,
        jint signal,
        jstring soName,
        jstring backtrace) {
    do {
        //...
        struct sigaction sigc;
        // 自定义处理器
        sigc.sa_sigaction = sig_handler;
        sigemptyset(&sigc.sa_mask);
        sigc.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_ONSTACK | SA_RESTART;
        // 注册信号
        int flag = sigaction(signal, &sigc, &old);
    } while (false);
}
static void sig_handler(int sig, struct siginfo *info, void *ptr) {
    // 获取堆栈
    auto stackTrace = getStackTraceWhenCrash();
    // 与配置的堆栈进行匹配
    if (sig == airBagConfig.signal &&
        stackTrace.find(airBagConfig.soName) != std::string::npos &&
        stackTrace.find(airBagConfig.backtrace) != std::string::npos) {
        LOG("异常信号已捕获");
    } else {
        // 没匹配上的交给原有处理器处理
        LOG("异常信号交给原有信号处理器处理");
        sigaction(sig, &old, nullptr);
        raise(sig);
    }
}

 

通过上面的步骤，其实 Native 层的安全气囊已经实现了，在 demo 中触发 Native Crash 可以被捕获到。

但是信号处理函数必须是async-signal-safe和可重入的，理论上不应该在信号处理函数中做太多工作，比如malloc等函数都不是可重入的。而我们在信号处理函数中获取了堆栈，打印了日志，很可能会造成一些意料之外的问题。

理论上我们可以在子线程获取堆栈，在信号处理函数中只需要发出信号就可以了，但我尝试在子线程中使用 unwind 获取堆栈，发现获取不到真正的堆栈，因此还存在一定的问题。

Native 层安全气囊的方案也可以看看@Pika 写的https://github.com/TestPlanB/mooner，支持捕获 Android 基于“pthread_create” 产生的子线程中异常业务逻辑产生信号，导致的native crash。

参考代码：https://github.com/RicardoJiang/android-performance