.NET新能源汽車鋰電池檢測程序UI掛死問題分析
一：背景
1. 講故事
這世間事說來也奇怪，近兩個月有三位朋友找到我，讓我幫忙分析下他的程序hangon現象，這三個dump分別涉及： 醫療，新能源，POS系統。截圖如下：
那這篇為什麼要拿其中的 新能源 說事呢？ 因為這位朋友解決的最順利，在提供的一些線索後比較順利的找出瞭問題代碼。
說點題外話，我本人對 winform 是不熟的，又奈何它三番五次的出現在我的視野裡，所以我決定寫一篇文章好好的總結下，介於沒有太多的參考資料，能力有限，隻能自己試著解讀。
二： Windbg 分析
1. 程序現象
開始之前先吐槽一下，這幾位大佬抓的dump文件都是 wow64，也就是用64bit任務管理器抓瞭32bit的程序，見如下輸出：
wow64cpu!CpupSyscallStub+0x9: 00000000`756d2e09 c3 ret
所以就不好用 windbg preview 來分析瞭，首先要用 !wow64exts.sw 將 64bit 轉為 32bit ，本篇用的是 windbg10，好瞭，既然是UI卡死，首當其沖就是要看一下UI線程到底被什麼東西卡住瞭，可以用命令 !clrstack 看一下。
0:000:x86> !clrstack OS Thread Id: 0x1d90 (0) Child SP IP Call Site 0019ee6c 0000002b [HelperMethodFrame_1OBJ: 0019ee6c] System.Threading.WaitHandle.WaitOneNative(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, UInt32, Boolean, Boolean) 0019ef50 6c4fc7c1 System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean) 0019ef68 6c4fc788 System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean) 0019ef7c 6e094e7e System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle(System.Threading.WaitHandle) 0019efbc 6e463b96 System.Windows.Forms.Control.MarshaledInvoke(System.Windows.Forms.Control, System.Delegate, System.Object[], Boolean) 0019efc0 6e09722b [InlinedCallFrame: 0019efc0] 0019f044 6e09722b System.Windows.Forms.Control.Invoke(System.Delegate, System.Object[]) 0019f078 6e318556 System.Windows.Forms.WindowsFormsSynchronizationContext.Send(System.Threading.SendOrPostCallback, System.Object) 0019f090 6eef65a8 Microsoft.Win32.SystemEvents+SystemEventInvokeInfo.Invoke(Boolean, System.Object[]) 0019f0c4 6eff850c Microsoft.Win32.SystemEvents.RaiseEvent(Boolean, System.Object, System.Object[]) 0019f110 6eddb134 Microsoft.Win32.SystemEvents.OnUserPreferenceChanged(Int32, IntPtr, IntPtr) 0019f130 6f01f0b0 Microsoft.Win32.SystemEvents.WindowProc(IntPtr, Int32, IntPtr, IntPtr) 0019f134 001cd246 [InlinedCallFrame: 0019f134] 0019f2e4 001cd246 [InlinedCallFrame: 0019f2e4] 0019f2e0 6dbaefdc DomainBoundILStubClass.IL_STUB_PInvoke(MSG ByRef) 0019f2e4 6db5e039 [InlinedCallFrame: 0019f2e4] System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.DispatchMessageW(MSG ByRef) 0019f318 6db5e039 System.Windows.Forms.Application+ComponentManager.System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.IMsoComponentManager.FPushMessageLoop(IntPtr, Int32, Int32) 0019f31c 6db5dc49 [InlinedCallFrame: 0019f31c] 0019f3a4 6db5dc49 System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoopInner(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext) 0019f3f4 6db5dac0 System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoop(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext) 0019f420 6db4a7b1 System.Windows.Forms.Application.Run(System.Windows.Forms.Form) 0019f434 003504a3 xxx.Program.Main() 0019f5a8 6f191366 [GCFrame: 0019f5a8]
從調用棧上看，代碼是由於 Microsoft.Win32.SystemEvents.OnUserPreferenceChanged 被觸發，然後在 System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle處被卡死，從前者的名字上就能看到，OnUserPreferenceChanged（用戶首選項） 是一個系統級別的 Microsoft.Win32.SystemEvents 事件，那到底是什麼導致瞭這個系統事件被觸發，為此我查瞭下資料，大概是說：如果應用程序的 Control 註冊瞭這些系統級事件，那麼當windows發出 WM_SYSCOLORCHANGE, WM_DISPLAYCHANGED, WM_THEMECHANGED（主題，首選項，界面顯示） 消息時，這些註冊瞭系統級事件的 Control 的handle將會被執行，比如刷新自身。
覺得文字比較拗口的話，我試著畫一張圖來闡明一下。
從本質上來說，它就是一個觀察者模式，但這和UI卡死沒有半點關系，充其量就是解決問題前需要瞭解的背景知識，還有一個重要概念沒有說，那就是： WindowsFormsSynchronizationContext 。
2. 理解 WindowsFormsSynchronizationContext
為什麼一定要瞭解 WindowsFormsSynchronizationContext 呢？理解瞭它，你就搞明白瞭為什麼會卡死，我們知道 winform 的UI線程是一個 STA 模型，它的一個特點就是單線程，其他線程想要更新Control，都需要調度到UI線程的Queue隊列中，不存在也不允許並發更新Control的情況，參考如下：
0:000:x86> !t
ThreadCount: 207
UnstartedThread: 0
BackgroundThread: 206
PendingThread: 0
DeadThread: 0
Hosted Runtime: no
Lock
ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception
0 1 1d90 003e2430 2026020 Preemptive 00000000:00000000 003db8b8 0 STA
2 2 2804 003f0188 2b220 Preemptive 00000000:00000000 003db8b8 0 MTA (Finalizer)
Winform 還有一個特點：它會給那些創建 Control 的線程配一個 WindowsFormsSynchronizationContext 同步上下文，也就是說如果其他線程想要更新那個 Control，那就必須將更新的值通過 WindowsFormsSynchronizationContext 調度到那個創建它的線程上，這裡的線程不僅僅是 UI 線程哦，有瞭這些基礎知識後，再來分析下為什麼會被卡死。
3. 卡死的真正原因
再重新看下主線程的調用棧，它的走勢是這樣的： OnUserPreferenceChanged -> WindowsFormsSynchronizationContext.Send -> Control.MarshaledInvoke -> WaitHandle.WaitOneNative，哈哈，有看出什麼問題嗎？？？
眼尖的朋友會發現，為什麼主線程會調用 WindowsFormsSynchronizationContext.Send 方法呢？ 難道那個註冊 handler的 Control 不是由主線程創建的嗎？要想回答這個問題，需要看一下 WindowsFormsSynchronizationContext 類的 destinationThreadRef 字段值，源碼如下：
public sealed class WindowsFormsSynchronizationContext : SynchronizationContext, IDisposable
{
private Control controlToSendTo;
private WeakReference destinationThreadRef;
}
可以用 !dso 命令把線程棧上的 WindowsFormsSynchronizationContext 給找出來，簡化輸出如下：
0:000:x86> !dso
OS Thread Id: 0x1d90 (0)
ESP/REG Object Name
0019ED70 027e441c System.Windows.Forms.WindowsFormsSynchronizationContext
0019EDC8 112ee43c Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeWaitHandle
0019F078 11098b74 System.Windows.Forms.WindowsFormsSynchronizationContext
0019F080 1107487c Microsoft.Win32.SystemEvents+SystemEventInvokeInfo
0019F08C 10fa386c System.Object[] (System.Object[])
0019F090 1107487c Microsoft.Win32.SystemEvents+SystemEventInvokeInfo
0019F0AC 027ebf60 System.Object
0019F0C0 10fa386c System.Object[] (System.Object[])
0019F0C8 027ebe3c System.Object
0019F0CC 10fa388c Microsoft.Win32.SystemEvents+SystemEventInvokeInfo[]
...
0:000:x86> !do 11098b74
Name: System.Windows.Forms.WindowsFormsSynchronizationContext
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
6dbd8f30 4002567 8 ...ows.Forms.Control 0 instance 11098c24 controlToSendTo
6c667c2c 4002568 c System.WeakReference 0 instance 11098b88 destinationThreadRef
0:000:x86> !do 11098b88
Name: System.WeakReference
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
6c66938c 4000705 4 System.IntPtr 1 instance 86e426c m_handle
0:000:x86> !do poi(86e426c)
Name: System.Threading.Thread
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
6c663cc4 40018a5 24 System.Int32 1 instance 2 m_Priority
6c663cc4 40018a6 28 System.Int32 1 instance 7 m_ManagedThreadId
6c66f3d8 40018a7 2c System.Boolean 1 instance 1 m_ExecutionContextBelongsToOuterScope
果然不出所料, 從卦象上看 Thread=7 線程上有 Control 註冊瞭系統事件，那 Thread=7 到底是什麼線程呢？ 可以通過 !t 查看。
0:028:x86> !t
ThreadCount: 207
UnstartedThread: 0
BackgroundThread: 206
PendingThread: 0
DeadThread: 0
Hosted Runtime: no
Lock
ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception
0 1 1d90 003e2430 2026020 Preemptive 00000000:00000000 003db8b8 0 STA
2 2 2804 003f0188 2b220 Preemptive 00000000:00000000 003db8b8 0 MTA (Finalizer)
28 7 27f0 0b29cd30 3029220 Preemptive 00000000:00000000 003db8b8 0 MTA (Threadpool Worker)
從卦象上看： ID=7 是一個線程池線程，而且是 MTA 模式，按理說它應該將創建控件的邏輯調度給UI線程，而不是自己創建，所以UI線程一直在 WaitOneNative 處等待 7號線程消息泵響應，所以導致瞭無限期等待。
4. 7號線程到底創建瞭什麼控件
這又是一個考驗底層知識的問題，也困擾著我至今，太難瞭，我曾今嘗試著把 UserPreferenceChangedEventHandler 事件上的所有 handles 撈出來，寫瞭一個腳本大概如下：
"use strict";
// 32bit
let arr = ["xxxx"];
function initializeScript() { return [new host.apiVersionSupport(1, 7)]; }
function log(str) { host.diagnostics.debugLog(str + "\n"); }
function exec(str) { return host.namespace.Debugger.Utility.Control.ExecuteCommand(str); }
function invokeScript() {
for (var address of arr) {
var commandText = ".printf \"%04x\", poi(poi(poi(poi(" + address + "+0x4)+0xc)+0x4))";
var output = exec(commandText).First();
if (parseInt(output) == 0) continue; //not exists thread info
commandText = ".printf \"%04x\", poi(poi(poi(poi(poi(" + address + "+0x4)+0xc)+0x4))+0x28)";
output = exec(commandText).First();
//thread id
var tid = parseInt(output);
if (tid > 1) log("Thread=" + tid + ",systemEventInvokeInfo=" + address);
}
}
輸出結果：
||2:2:438> !wow64exts.sw
Switched to Guest (WoW) mode
Thread=7,systemEventInvokeInfo=1107487c
從輸出中找到瞭 7號線程 對應的處理事件 systemEventInvokeInfo ，然後對其追查如下：
0:028:x86> !do 1107487c
Name: Microsoft.Win32.SystemEvents+SystemEventInvokeInfo
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
6c65ae34 4002e9f 4 ...ronizationContext 0 instance 11098b74 _syncContext
6c6635ac 4002ea0 8 System.Delegate 0 instance 1107485c _delegate
0:028:x86> !DumpObj /d 1107485c
Name: Microsoft.Win32.UserPreferenceChangedEventHandler
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
6c66211c 40002b0 4 System.Object 0 instance 110747bc _target
6c66211c 40002b1 8 System.Object 0 instance 00000000 _methodBase
6c66938c 40002b2 c System.IntPtr 1 instance 6ebdc00 _methodPtr
6c66938c 40002b3 10 System.IntPtr 1 instance 0 _methodPtrAux
6c66211c 40002bd 14 System.Object 0 instance 00000000 _invocationList
6c66938c 40002be 18 System.IntPtr 1 instance 0 _invocationCount
0:028:x86> !DumpObj /d 110747bc
Name: DevExpress.LookAndFeel.Design.UserLookAndFeelDefault
從輸出中可以看到，最後的控件是 DevExpress.LookAndFeel.Design.UserLookAndFeelDefault ，我以為找到瞭答案，拿著這個結果去 google，結果 devExpress 踢皮球，截圖如下：
咳，到這裡貌似就查不下去瞭，有其他資料上說 Control 在跨線程註冊 handler 時會經過 MarshalingControl ，所以在這個控件設置bp斷點是能夠抓到的，參考命令如下：
bp xxx ".echo MarshalingControl creation detected. Callstack follows.;!clrstack;.echo
這裡我就沒法驗證瞭。
三：總結
雖然知道這三起事故都是由於非UI線程創建Control所致，但很遺憾的是我盡瞭最大的知識邊界還沒有找到最重要的罪魁禍首，不過值得開心的是基於現有線索有一位朋友終於找到瞭問題代碼，真替他開心😘😘😘，解決辦法也很簡單，將 創建控件 通過 Invoke 調度到 UI線程 執行。截圖如下：
通過這個案例，我發現高級調試真的是一場苦行之旅，且調且珍惜！
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