剖析 SharedPreferences apply 引起的 ANR 问题-优快云博客

本文分析了Android开发中SharedPreferences使用不当可能导致的ANR问题，特别是apply方法在组件生命周期变化时可能引发的队列等待超时。通过分析源码，揭示了commit和apply的区别，并提出了通过清理等待锁队列来避免ANR的解决方案。实验结果显示，清理策略对数据持久化影响较小，已在实际应用中得到验证。

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导读

本文作者：字节跳动技术团队

发布时间：2018-01-16

原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/IFgXvPdiEYDs5cDriApkxQ

对于 Android 开发来说，SharedPreferences 是再熟悉不过了，经常被用来存放一些轻量数据。不过其实其缺点蛮突出的，随便用的，可是会出麻烦的。我就遇到过由 SharedPreferences 引起的 ANR。在网上搜到了字节跳动的一篇技术文章，跟我遇到的情况是一样的，所以转发一下。

项目中 ANR 率居高不下，从统计上来看排在前面的有几个都是 SharedPreferences（以下简称 SP）引起的。接下来我们抽丝剥茧地来分析其产生原因及如何解决。

crash 堆栈信息如下。从 crash 收集平台上来看，有几个类似的堆栈信息。唯一的区别就是 ActivityThread 的入口方法。除了 ActivityThread 的 handleSleeping 方法之外，还有 handleServiceArgs、handleStopService、handleStopActivity。

在这里插入图片描述

ActivityThread 的这几个方法是 Activity 或 Service 的生命周期变化的时候调用的。从堆栈信息来看，组件生命周期变化，导致调用 QueueWork 中的队列处于等待状态，等待超时则发生 ANR。那么 QueuedWork 的工作机制是什么样的呢，我们从源码入手来进行分析。

1. SP 的 apply 到底做了什么

首先从问题的源头开始，SP 的 apply 方法。

public void apply() {
    final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
    final Runnable awaitCommit = new Runnable() {
        public void run() {
            try {
                mcr.writtenToDiskLatch.await();
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
        }
    };

    QueuedWork.add(awaitCommit);
    
    Runnable postWriteRunnable = new Runnable() {
        public void run() {
        awaitCommit.run();
        QueuedWork.remove(awaitCommit) ;}
    };
    SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr，postWriteRunnable);
    
    // Okay to notify the listeners before it's hit disk
    // because the listeners should always get the same
    // SharedPreferences instance back, which has thel
    // changes reflected in memory.
    notifyListeners(mcr) ;
}

apply 方法，首先创建了一个 awaitCommit 的 Runnable，然后加入到 QueuedWork 中，awaitCommit 中包含了一个等待锁，需要在其它地方释放。我们在上面看到的 QueuedWork.waitToFinish() 其实就是等待这个队列中的 awaitCommit 全部释放。

然后通过 SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite 创建了一个任务来执行真正的 SP 持久化。

private void enqueueDiskWrite(final MemoryCommitResult mcr, final Runnable postWriteRunnable) {
    final Runnable writeToDiskRunnable = new Runnable() {
        public void run() {
            synchronized (mWritingToDiskLock) {
                writeToFile(mcr);
            }
            synchronized (SharedPreferencesImpl.this) {
                mDiskWritesInFlight--;
            }
            if (postWriteRunnable != null) {
                postWriteRunnable.run();
            }
    }};
    final boolean isFromSyncCommit = (postWriteRunnable == null);

    // Typical #commit() path with fewer allocations,doing a write on
    // the current thread.
    if (isFromSyncCommit) {
        boolean wasEmpty = false;
        synchronized (SharedPreferencesImpl.this) {
            wasEmpty = mDiskWritesInFlight == l;
        }
        if (wasEmpty) {
            writeToDiskRunnable.run();
            return;
        }
    }
    QueuedWork.singleThreadExecutor().execute(writeToDiskRunnable);
}

其实无论是 SP 的 commit 还是 apply 最终都会调用 enqueueDiskWrite 方法，区别是 commit 方法调用传递的第二个参数为 null。此方法内部也是根据第二个参数来区分 commit 和 apply 的，如果是 commit 则会同步的执行 writeToFile,apply 则会将 writeToFile 加入到一个任务队列中异步的执行，从这里也可以看出 commit 和 apply 的真正区别。

writeToFile 执行完成会释放等待锁，之后会回调传递进来的第二个参数 Runnable 的 run 方法，并将 QueuedWork 中的这个等待任务移除。

总结来看，SP 调用 apply 方法，会创建一个等待锁放到 QueuedWork 中，并将真正数据持久化封装成一个任务放到异步队列中执行，任务执行结束会释放锁。Activity onStop 以及 Service 处理 onStop，onStartCommand 时，执行 QueuedWork.waitToFinish() 等待所有的等待锁释放。

2. 如何解决，清空等待队列

从上述分析来看，SP 操作仅仅把 commit 替换为 apply 不是万能的，apply 调用次数过多容易引起 ANR。所有此类 ANR 都是经由 QueuedWork.waitToFinish() 触发的，如果在调用此函数之前，将其中保存的队列手动清空，那么是不是能解决问题呢，答案是肯定的。

Activity 的 onStop，以及 Service 的 onStop 和 onStartCommand 都是通过 ActivityThread 触发的，ActivityThread 中有一个 Handler 变量，我们通过 Hook 拿到此变量，给此 Handler 设置一个 callback，Handler 的 dispatchMessage 中会先处理 callback。

    
public static void tryHackActivityThreadH() {
    try {
        if ((Build.VERSION.SDK_INT == Build.VERSION_CODES.KITKAT)) {
            Reflect activityThreadRef = Reflect.on(Class.forName("android.app.ActivityThread")).call("currentActivityThread");
            if (activityThreadRef != null) {
                Handler h = activityThreadRef.field("mH", Class.forName("android.app.ActivityThread$H")).<Handler>get();
                if (h != null) {
                    Reflect hRef = Reflect.on(h);
                    Handler.Callback hCallBack = hRef.field("mCallback", Handler.Callback.class)<Handler.Callback>get();
                    ActivityThreadHCallBack activityThreadHCallBack = new ActivityThreadHCallBack(h, hCallBack);
                    hRef.set("mCallback", activityThreadHCallBack);
                }
            }
        }
    } catch (Throwable t) {
        t.printStackTrace();
        // ignore
    }     
}

在 Callback 中调用队列的清理工作

public class ActivityThreadHCallBack implements Handler.Callback {
    private static final int SERVICE_ARGS = 115;
    private static final int STOP_SERVICE = 116;
    private static final int SLEEPING = 137;
    private static final int STOP_ACTIVITY_SHOW = 103;
    private static final int STOP_ACTIVITY_HIDE = 104;
    private static final int ENTER_ANIMATION_COMPLETE = 149;

    @0verride
    public boolean handleMessage(Message msg) {
        final int what = msg.what;
        switch (what) {
            case SERVICE_ARGS:
                SpBlockHelper.beforeSPBlock("SERVICE_ARGS");
                break;
            case STOP_SERVICE:
                SpBlockHelper.beforeSPBlock("STOP_SERVICE");
                break;
            case SLEEPING:
                SpBlockHelper. beforeSPBlock("SLEEPING");
                break;
            case STOP_ACTIVITY_SHOW:
            case STOP_ACTIVITY_HIDE:
                SpBlockHelper.beforeSPBlock("STOP_ACTIVITY");
                break;
        }
        return false;
    }
}

队列清理需要反射调用 QueuedWork。

public class SpBlockHelper {
    static final String TAG= "SpBlockHelper";
    static boolean init = false;
    static String CLASS_QUEUED_WORK = "android.app.QueuedWork";
    static String FIELD_PENDING_FINISHERS = "sPendingWorkFinishers";
    static ConcurrentLinkedQueue<Runnable> sPendingWorkFinishers = null;

    public static void beforeSPBlock(String tag) {
        if (!init) {
            getPendingWorkFinishers();
            init = true;
        }
        Logger.d(TAG, "beforeSPBlock " + tag);
        if (sPendingWorkFinishers != null) {
            sPendingWorkFinishers.clear();
        }
    }
    
    static void getPendingWorkFinishers() {
        try {
            Class clazz = Class.forName(CLASS_QUEUED_WORK);
            Field field = clazz.getDeclaredField(FIELD_PENDING_FINISHERS);
            if (field != null) {
                field.setAccessible(true);
                sPendingWorkFinishers = (ConcurrentLinkedQueue<Runnable>) field.get(null);
            }
        } catch (Exception e) {
            MiraLogger.e(TAG, "getPendingWorkFinishers", e);
        }
    }
}

3. 清理等待锁会产生什么问题

SP 无论是 commit 还是 apply 都会产生 ANR，但从 Android 之初到目前 Android8.0，Google 一直没有修复此 bug，我们贸然处理会产生什么问题呢。Google 在 Activity 和 Service 调用 onStop 之前阻塞主线程来处理 SP，我们能猜到的唯一原因是尽可能的保证数据的持久化。因为如果在运行过程中产生了 crash，也会导致 SP 未持久化，持久化本身是 IO 操作，也会失败。我们清理了等待锁队列，会对数据持久化造成什么影响呢，下面我们通过一组实验来验证。

进程启动的时候，产生一个随机数字。用 commit 和 apply 两种方式来存此变量。第二次进程启动，获取以两种方式存取的值并做比较，如果相同表示 apply 持久化成功，如果不相同表示 apply 持久化失败。