Android廣播事件流程與廣播ANR原理深入刨析
序言
本想寫廣播流程中ANR是如何觸發的，但是如果想講清楚ANR的流程，就不得不提整個廣播事件的流程，所以就把兩塊內容合並在一起講瞭。
本文會講內容如下：
1.動態註冊廣播的整個分發流程，從廣播發出，一直到廣播註冊者接收。
2.廣播類型ANR的判斷流程和原理。
PS：本文基於android13的源碼進行講解。
一.基本流程和概念
動態廣播的流程其實是很簡單的，整套流程都在java層執行，不涉及到native流程。
我們先來看一下最基本的流程圖：
首先是廣播註冊者，向AMS註冊廣播接收器，AMS交給BroadcastQueue來處理。也就是說BroadcastQueue中裝載所有的廣播接收器。然後廣播發出者向AMS發出廣播，這時候AMS仍然會交給BroadcastQueue來處理，在其中找到符合條件的接受者，然後向接受者發出廣播的通知。
然後我們再來瞭解一些最基本類的功能
ContextImp：Context的最終實現類，activity，application中的各種功能最終都是委托給其來處理的，廣播功能自然也不例外。
ActivityManagerService：負責所有應用的Activity的流程，包括廣播六層呢。至於為什麼廣播也由其來進行處理，而不是搞一個BroadcastManagerService，估計是覺得廣播功能簡單不需要單獨設計Service吧。
BroadCastQueue：裝載所有的動態廣播接收器，靜態廣播也是由其來負責加載的，負責具體廣播的分發工作。一種有三種類型，前臺，後臺，離線。
BroadcastReceiver：廣播註冊者
二.無序廣播流程
首先我們瞭解下什麼是無需廣播和有序廣播。簡單來說，有序廣播就是需要嚴格按照優先級，依次的執行接收動作，高優先級的廣播接受者如果沒有處理完，低優先級的廣播接受者是無法收到廣播的。無需廣播就是沒有順序，各個廣播接受者之間沒有相互依賴關系。
無需廣播，發送是sendBroadcast方法發送廣播通知。
有序廣播，需要使用sendOrderedBroadcast方法發送廣播通知。
無序廣播大體流程圖如下：
註冊廣播接收者流程
1.APP側，無論activity還是application，還是service，最終都是交給Context的實現類ContentImpl進行最終的處理的。所以註冊廣播的時候，最終調用的是ContentImpl的registerReceiver方法。
2.registerReceiver方法中通過binder，通知到AMS的registerReceiverWithFeature方法。
3.registerReceiverWithFeature方法中，首先做一些安全校驗。
4.除瞭action類型，還會有scheme的類型，這裡就不具體介紹瞭。
5.最終都會註冊到IntentResolver類型對象mReceiverResolver上。
廣播通知流程
1.仍然交由ContextImpl中的broadcastIntentWithFeature方法來處理。
2.broadcastIntentWithFeature通知到AMS的broadcastIntentLocked方法中。
3.首先從mReceiverResolver中查詢，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不為空，並且是無序廣播，則根據intent找到所對應的BroadcastQueue（根據前臺，後臺，離線的類型）。
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對象用來記錄這次的action所對應的廣播事件，然後加入到BroadcastQueue的mParallelBroadcasts集合中。然後通過scheduleBroadcastsLocked方法切換到主線程執行。這裡要強調的是，無論是有序廣播還是無序廣播，都是通過這個方法來分發的。最終主線程會調用到processNextBroadcast方法。代碼在上面5，6行。
6.processNextBroadcast方法中邏輯很多，我們這裡先隻講無序廣播的流程。上一步中，我們把BroadcastRecord加入到瞭mParallelBroadcasts中，所以這裡發送廣播的時候，直接遍歷mParallelBroadcasts集合，然後通知接受者接收。具體的流程可以看流程圖，這裡就不細講瞭。
具體代碼如下：
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);//分發給接受者
}
addBroadcastToHistoryLocked(r);
}
三.有序廣播流程
有序廣播流程和上面無序廣播是類似的，最終請求AMS的方法其實也是broadcastIntentWithFeature方法，兩者隻是參數有區別而已。
我們仍然按照註冊廣播接受者和發送廣播兩個流程來講，首先是註冊廣播。
註冊廣播接收者流程
註冊的流程和無序廣播是一樣的。
廣播通知流程
1.前面的流程和無序廣播是一樣的，唯一的區別是進入到AMS的broadcastIntentLocked方法後，執行邏略微有區別。有序廣播，調用的是BroadcastQueue中的
enqueueOrderedBroadcastLocked方法，把BroadcastRecord對象最終註冊到BroadcastDispatcher中的mOrderedBroadcasts集合中，然後在調用scheduleBroadcastsLocked方法切換到主線程，執行processNextBroadcastLocked的主流程。
下面介紹的都是processNextBroadcastLocked方法，也是廣播事件分發的的核心流程代碼：
2.processNextBroadcastLocked中，首先仍然去無序隊列mParallelBroadcasts中查，這時候肯定是沒有值的，所以跳過這個步驟。
3.然後通過mDispatcher.getNextBroadcastLocked(now);方法去BroadcastDispatcher中查找，方法實現如下，因為剛才應添加到瞭mOrderedBroadcasts集合中，所以這時候可以找到並返回BroadcastRecord對象。
4.BroadcastRecord.nextReceiver用來記錄一系列有序廣播執行到瞭第幾個，0代表開始，如果為0，則記錄一些必要信息。另外，會更新掉record的時間receiverTime，這一點很重要，下面ANR流程中會有涉及到。
代碼如下：
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.發送一個延時廣播，延時時間具體看是前臺廣播還是後臺廣播定義的。如果已經發送過並且未結束，則跳過。setBroadcastTimeoutLocked中的具體邏輯，第四章ANR流程中會講到。
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類型，則把廣播事件發送給接受者。
if (nextReceiver instanceof BroadcastFilter) {
BroadcastFilter filter = (BroadcastFilter)nextReceiver;
deliverToRegisteredReceiverLocked(r, filter, r.ordered, recIdx);
}
至此，processNextBroadcastLocked的方法暫時介紹完成，即然用暫時，那就說明後面還會涉及到。
7.接收者是LoadedApk中ReceiverDispatcher的內部類InnerReceiver，它是binder的服務端接收者，其performReceive方法收到通知後，會交給ReceiverDispatcher中的performReceive方法處理。
if (rd != null) {
rd.performReceive(intent, resultCode, data, extras,
ordered, sticky, sendingUser);
}
所以，最終來處理廣播信息的方法是ReceiverDispatcher中的performReceive方法。其中部分代碼如下，getRunnable就是最終通知到我們註冊的廣播接受者的流程。如果getRunnable中的任務註冊不成功的話，會直接發送信號通知回AMS。什麼情況下會註冊不成功呢？主線程Looper異常執行完並退出時就會發生。
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);
}
}
}
我們在來看一下getRunnable中返回的任務，我們仍然隻貼核心代碼：
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();
}
我們可以看到，先執行onReceive的回調，這裡就會最終通知到我們的BroadcastReceiver中的onReceive方法。
然後我們在看一下finish方法：這個其實核心就是發送廣播完成的信號給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);
}
}
最終，在BroadcastReceiver.PendingResult的sendFinished方法中，通過binder通知回AMS。
am.finishReceiver(mToken, mResultCode, mResultData, mResultExtras,
mAbortBroadcast, mFlags);
8.AMS的finishReceiver中，主要功能是先通過binder，找到所對應的BroadcastRecord，然後結束掉當前的這個事件流程，如果後面還有事件，則繼續調用processNextBroadcastLocked方法，進行下一輪的廣播事件分發。
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.廣播ANR流程
那麼什麼時候會導致廣播ANR呢？這一套題，我估計能考倒90%的安卓開發者，單純的無序廣播，廣播接受者中sleep幾分鐘，是不會產生廣播類型ANR的，ANR隻存在於有序廣播並且廣播接受者未及時響應。
其實瞭解完整個廣播流程，我們ANR流程就好講的多。我們隻需關註整個流程中的幾個點就好瞭。
觸發廣播監聽者流程
1.首先第三章的第五小節中，我們講到，通過setBroadcastTimeoutLocked方法設置一個延時的消息，消息的執行時間=當前時間+超時時間，此時伴隨著廣播通知到客戶端的流程。
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;
}
}
也就是說，一旦達到超時時間，那麼就會發送BROADCAST_TIMEOUT_MSG類型的事件，就一定會執行broadcastTimeoutLocked方法。
2.broadcastTimeoutLocked方法中，會再一次進行判斷，如果沒有到執行時間，會重新觸發一次setBroadcastTimeoutLocked的流程。
上面3.8中講到，如果是有序廣播，廣播接收者收到消息後，會通過binder回調AMS通知事件處理完成，並重新進入processNextBroadcastLocked流程進行下一輪的分發，這時候，會更新掉上面用到的receiverTime時間。
3.processNextBroadcastLocked分發廣播的時候，如果判斷進入到瞭結束的環節，會主動取消註冊BROADCAST_TIMEOUT_MSG類型的事件。
if (r.receivers == null || r.nextReceiver >= numReceivers
|| r.resultAbort || forceReceive) {
...
cancelBroadcastTimeoutLocked();
}
一旦取消瞭超時類型消息的註冊，自然也不會走到ANR邏輯。
這裡有一點繞，所以我舉個例子詳細解釋下，因為一開始我其實也被繞進去瞭。
假設我們的超時時間為10S，有序廣播中有3個接收者，接收者1耗時5S，接收者2耗時6S，接收者3耗時4S，這時候，在接收者2處理中的時候，就會進入到broadcastTimeoutLocked的流程。但是此時，由於接收者1執行完其流程，所以更新瞭receiverTime時間，此時的超時時間變成5+10S，而當前為第10S，所以並不會超時。第14S的時候接收者3也完成流程，通知回AMS，取消瞭超時類型消息的註冊，所以就不會再次走到broadcastTimeoutLocked的流程瞭。
所以，走到broadcastTimeoutLocked流程並不一定意味著就會發生ANR。我一開始就是被這個繞進去瞭。
五.總結
所以整個廣播事件分發以及ANR觸發流程，我們可以用下圖來做一個總結：圖片較大，建議另外開一個tab頁查看：
六.擴展問題
1.有序和無序廣播是怎麼區分的？
答：sendOrderedBroadcast和sendBroadcast兩個方法，其實最終broadcastIntentWithFeature方法中，就是一個參數不一樣，倒數第三個boolean serialized。sendOrderedBroadcast為true，sendBroadcast為false。
2.發送一個廣播，A進程中接收，廣播接收者A中的onReceive方法中sleep100秒，是否一定會觸發ANR？如果是或者不是？原因是什麼？如果我們把廣播改為有序廣播呢？
答：
隻有有序廣播才會ANR，如果第一種情況如果是無序廣播，自然不會ANR。
第二個答案是一般情況下是會的，因為廣播接收者A中阻塞，導致AMS無法按時收到廣播完成的信號，從而會引起ANR。除非進程A的主線程因為某種異常原因退出，不過這種情況下，onReceive方法自然也不會走到。
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