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Java & Android未捕获异常处理机制

由 我的未来我决定 提交于 2021-02-20 12:56:23

一、背景

无论是Java还是Android项目，往往都会用到多线程。不管是主线程还是子线程，在运行过程中，都有可能出现未捕获异常。未捕获异常中含有详细的异常信息堆栈，可以很方便的去帮助我们排查问题。

默认情况下，异常信息堆栈都会在输出设备显示，同时，Java & Android为我们提供了未捕获异常的处理接口，使得我们可以去自定义异常的处理，甚至可以改变在异常处理流程上的具体走向，如常见的将异常信息写到本地日志文件，甚至上报服务端等。

在未捕获异常的处理机制上，总体上，Android基本沿用了Java的整套流程，同时，针对Android自身的特点，进行了一些特别的处理，使得在表现上与Java默认的流程会有一些差异。


二、未捕获异常处理流程

2.1 引子

我们先可以思考几个问题：
1，Java子线程中出现了未捕获的异常，是否会导致主进程退出？
2，Android子线程中出现了未捕获的异常，是否会导致App闪退？
3，Android项目中，当未作任何处理时，未捕获异常发生时，Logcat中的异常堆栈信息是如何输出的？
4，Android项目中，可能引入了多个质量监控的三方库，为何三方库之间，甚至与主工程之间都没有冲突？
5，Android中因未捕获异常导致闪退时，如何处理，从而可以将异常信息写到本地日志文件甚至上报服务端？
6，Java & Android对未捕获异常的处理流程有何异同？


先来看下第1个问题：

Java子线程中出现了未捕获的异常，是否会导致主进程退出？

可以做一个实验：

package com.corn.javalib;

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " begin...");

        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
        thread.start();

        try {
            Thread.currentThread().sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " end...");
    }

    static class MyRunnable implements Runnable {

        @Override
        public void run() { System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " start run"); errorMethod(); System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " end run"); } } public static int errorMethod() { String name = null; return name.length(); } } 复制代码

执行Java程序，最后输出结果为：

thread name:main begin...
thread name:Thread-0 start run
Exception in thread "Thread-0" java.lang.NullPointerException
	at com.corn.javalib.MyClass.errorMethod(MyClass.java:35)
	at com.corn.javalib.MyClass$MyRunnable.run(MyClass.java:26)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
thread name:main end...

Process finished with exit code 0
复制代码

我们发现，主线程中新起的子线程在运行时，出现了未捕获异常，但是，main主线程还是可以继续执行下去的，对整个进程而言，最终是Process finished with exit code 0，说明也没有异常终止。

因此，第一个问题的结果是：

Java子线程中出现了未捕获的异常，默认情况下不会导致主进程异常终止。
复制代码

第2个问题：

Android子线程中出现了未捕获的异常，是否会导致App闪退？

同样的，新建Android工程后，模拟对应的场景，例如点击按钮，启动子线程，发现App直接闪退，AS Logcat中对应有如下日志输出：

2019-11-21 19:10:42.678 26259-26449/com.corn.crash I/System.out: thread name:Thread-2 start run
2019-11-21 19:10:42.679 26259-26449/com.corn.crash E/AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: Thread-2
    Process: com.corn.crash, PID: 26259
    java.lang.NullPointerException: Attempt to invoke virtual method 'int java.lang.String.length()' on a null object reference
        at com.corn.crash.MainActivity.errorMethod(MainActivity.java:76)
        at com.corn.crash.MainActivity$MyRunnable.run(MainActivity.java:67)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:764)
2019-11-21 19:10:42.703 26259-26449/com.corn.crash I/Process: Sending signal. PID: 26259 SIG: 9
复制代码

从日志信息上看，SIG: 9，意味着App进程被kill掉，日志信息堆栈中给出了具体的异常位置，于是，我们得出如下结论：

默认情况下，Android子线程中出现了未捕获的异常，在是会导致App闪退的，且有异常信息堆栈输出。
复制代码

我们发现，基于Java基础上的Android，默认情况下，对于子线程中的未捕获异常，在进程是否异常退出方面，却有着相反的结果。


2.2 未捕获异常处理流程

接下来看下第3个问题：

Android项目中，当未作任何处理时，未捕获异常发生时，Logcat中的异常堆栈信息是如何输出的？
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当Android项目中出现未捕获异常时，Logcat中默认会自动有异常堆栈信息输出，且信息输出的前缀为： E/AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION:。我们很容易猜想到，这应该是系统层直接输出的，搜索framework源码，很快可以找到具体输出日志的位置：

 

在RuntimeInit.java中，找到了对应的异常日志输出位置，从代码注释上，我们找到了关键的KillApplicationHandler和UncaughtExceptionHandler类，先看下KillApplicationHandler类。

显然， KillApplicationHandler是未捕获异常发生时，默认情况下最终杀死应用的最后处理类，通过调用其 uncaughtException进行。 代码继续往下，可以找到设置 loggingHandler和 KillApplicationHandler的方法。

 

 

 

终于，我们可以得出第3个问题的答案：

默认情况下，未捕获异常发生时，Logcat中的异常堆栈信息，是从framework层，
具体是RuntimeInit.java类中的loggingHandler异常处理处理对象中的uncaughtException输出。
复制代码

那loggingHandler异常处理处理对象中的uncaughtException调用，具体又是在何处触发的呢？

从上述源码，以及对应的方法及代码注释中，我们大概已经知道了，未捕获异常的处理，与UncaughtExceptionHandler类有着莫大的关系。

UncaughtExceptionHandler，实际上定义在Thread类中，并作为interface的形式存在，其内部，只有一个uncaughtException方法。

/**
 * Interface for handlers invoked when a <tt>Thread</tt> abruptly
 * terminates due to an uncaught exception.
 * <p>When a thread is about to terminate due to an uncaught exception
 * the Java Virtual Machine will query the thread for its
 * <tt>UncaughtExceptionHandler</tt> using
 * {@link #getUncaughtExceptionHandler} and will invoke the handler's
 * <tt>uncaughtException</tt> method, passing the thread and the
 * exception as arguments.
 * If a thread has not had its <tt>UncaughtExceptionHandler</tt>
 * explicitly set, then its <tt>ThreadGroup</tt> object acts as its * <tt>UncaughtExceptionHandler</tt>. If the <tt>ThreadGroup</tt> object * has no * special requirements for dealing with the exception, it can forward * the invocation to the {@linkplain #getDefaultUncaughtExceptionHandler * default uncaught exception handler}. * * @see #setDefaultUncaughtExceptionHandler * @see #setUncaughtExceptionHandler * @see ThreadGroup#uncaughtException * @since 1.5 */ @FunctionalInterface public interface UncaughtExceptionHandler { /** * Method invoked when the given thread terminates due to the * given uncaught exception. * <p>Any exception thrown by this method will be ignored by the * Java Virtual Machine. * @param t the thread * @param e the exception */ void uncaughtException(Thread t, Throwable e); } 复制代码

接口的注释中，基本上已经说明了未捕获异常的处理流程。我们将Thread类中关于未捕获异常的逻辑都截取出来，如下：

public class Thread implements Runnable {
    ....
    
    @FunctionalInterface
    public interface UncaughtExceptionHandler {
        /**
         * Method invoked when the given thread terminates due to the
         * given uncaught exception.
         * <p>Any exception thrown by this method will be ignored by the
         * Java Virtual Machine.
         * @param t the thread
         * @param e the exception
         */
        void uncaughtException(Thread t, Throwable e);
    }

    // null unless explicitly set
    private volatile UncaughtExceptionHandler uncaughtExceptionHandler;

    // null unless explicitly set
    private static volatile UncaughtExceptionHandler defaultUncaughtExceptionHandler;
    
    /**
     * Set the default handler invoked when a thread abruptly terminates
     * due to an uncaught exception, and no other handler has been defined
     * for that thread.
     *
     * <p>Uncaught exception handling is controlled first by the thread, then
     * by the thread's {@link ThreadGroup} object and finally by the default * uncaught exception handler. If the thread does not have an explicit * uncaught exception handler set, and the thread's thread group * (including parent thread groups) does not specialize its * <tt>uncaughtException</tt> method, then the default handler's * <tt>uncaughtException</tt> method will be invoked. * <p>By setting the default uncaught exception handler, an application * can change the way in which uncaught exceptions are handled (such as * logging to a specific device, or file) for those threads that would * already accept whatever &quot;default&quot; behavior the system * provided. * * <p>Note that the default uncaught exception handler should not usually * defer to the thread's <tt>ThreadGroup</tt> object, as that could cause * infinite recursion. * * @param eh the object to use as the default uncaught exception handler. * If <tt>null</tt> then there is no default handler. * * @throws SecurityException if a security manager is present and it * denies <tt>{@link RuntimePermission} * (&quot;setDefaultUncaughtExceptionHandler&quot;)</tt> * * @see #setUncaughtExceptionHandler * @see #getUncaughtExceptionHandler * @see ThreadGroup#uncaughtException * @since 1.5 */ public static void setDefaultUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) { defaultUncaughtExceptionHandler = eh; } /** * Returns the default handler invoked when a thread abruptly terminates * due to an uncaught exception. If the returned value is <tt>null</tt>, * there is no default. * @since 1.5 * @see #setDefaultUncaughtExceptionHandler * @return the default uncaught exception handler for all threads */ public static UncaughtExceptionHandler getDefaultUncaughtExceptionHandler(){ return defaultUncaughtExceptionHandler; } // BEGIN Android-added: uncaughtExceptionPreHandler for use by platform. // See http://b/29624607 for background information. // null unless explicitly set private static volatile UncaughtExceptionHandler uncaughtExceptionPreHandler; /** * Sets an {@link UncaughtExceptionHandler} that will be called before any * returned by {@link #getUncaughtExceptionHandler()}. To allow the standard * handlers to run, this handler should never terminate this process. Any * throwables thrown by the handler will be ignored by * {@link #dispatchUncaughtException(Throwable)}. * * @hide used when configuring the runtime for exception logging; see * {@link dalvik.system.RuntimeHooks} b/29624607 */ public static void setUncaughtExceptionPreHandler(UncaughtExceptionHandler eh) { uncaughtExceptionPreHandler = eh; } /** @hide */ public static UncaughtExceptionHandler getUncaughtExceptionPreHandler() { return uncaughtExceptionPreHandler; } // END Android-added: uncaughtExceptionPreHandler for use by platform. /** * Returns the handler invoked when this thread abruptly terminates * due to an uncaught exception. If this thread has not had an * uncaught exception handler explicitly set then this thread's * <tt>ThreadGroup</tt> object is returned, unless this thread * has terminated, in which case <tt>null</tt> is returned. * @since 1.5 * @return the uncaught exception handler for this thread */ public UncaughtExceptionHandler getUncaughtExceptionHandler() { return uncaughtExceptionHandler != null ? uncaughtExceptionHandler : group; } /** * Set the handler invoked when this thread abruptly terminates * due to an uncaught exception. * <p>A thread can take full control of how it responds to uncaught * exceptions by having its uncaught exception handler explicitly set. * If no such handler is set then the thread's <tt>ThreadGroup</tt> * object acts as its handler. * @param eh the object to use as this thread's uncaught exception * handler. If <tt>null</tt> then this thread has no explicit handler. * @throws SecurityException if the current thread is not allowed to * modify this thread. * @see #setDefaultUncaughtExceptionHandler * @see ThreadGroup#uncaughtException * @since 1.5 */ public void setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) { checkAccess(); uncaughtExceptionHandler = eh; } /** * Dispatch an uncaught exception to the handler. This method is * intended to be called only by the runtime and by tests. * * @hide */ // Android-changed: Make dispatchUncaughtException() public, for use by tests. public final void dispatchUncaughtException(Throwable e) { // BEGIN Android-added: uncaughtExceptionPreHandler for use by platform. Thread.UncaughtExceptionHandler initialUeh = Thread.getUncaughtExceptionPreHandler(); if (initialUeh != null) { try { initialUeh.uncaughtException(this, e); } catch (RuntimeException | Error ignored) { // Throwables thrown by the initial handler are ignored } } // END Android-added: uncaughtExceptionPreHandler for use by platform. getUncaughtExceptionHandler().uncaughtException(this, e); } .... } 复制代码

从源码及注释整个分析下来，对于未捕获异常，得出如下处理流程：
1，运行时发生异常时，系统会调用dispatchUncaughtException，开始执行异常的分发处理流程；
2，dispatchUncaughtException中，先判断有无异常预处理器，即uncaughtExceptionPreHandler，有的话，将会先调用异常预处理器的uncaughtException方法；
3，接下来获取异常处理器，并调用其uncaughtException方法。至此，整个异常分发处理流程完毕。

异常预处理器在前述RuntimeInit.java类的loggingHandler中，我们已经有所接触，在App进程启动时，系统会自动注入loggingHandler对象，作为异常预处理器。当有未捕获异常发生时，以此会自动调用loggingHandler对象的uncaughtException方法，以完成默认的日志输出。

至此，第3个问题的完整回答是：

未捕获异常发生时，系统会调用Thread类的dispatchUncaughtException方法，
方法中取到异常预处理器，并执行对应uncaughtException方法。
由于App进程启动时，系统已经在RuntimeInit.java类中注册了一个默认的异常预处理器loggingHandler。
因此，loggingHandler得以回调，并执行了其uncaughtException方法，输出了异常的堆栈信息。
复制代码

当然，系统为我们提供了异常预处理器的设置接口，如果我们通过setUncaughtExceptionPreHandler(ncaughtExceptionHandler eh)方法设置了异常预处理器，那默认的loggingHandler将会失效。因为静态变量uncaughtExceptionPreHandler被重新赋值了嘛，但此方法被设置成了@hide，当前可以通过反射去设置。

这里，我们也应该认识到，正因为uncaughtExceptionPreHandler为静态变量，因此，同一进程中的所有线程的异常预处理器都是相同的。

下面，我们开始着重看下异常处理器的异常处理流程。对应代码为：

getUncaughtExceptionHandler().uncaughtException(this, e);
复制代码

getUncaughtExceptionHandler()，返回的一个异常处理器，具体对应方法定义如下：

/**
 * Returns the handler invoked when this thread abruptly terminates
 * due to an uncaught exception. If this thread has not had an
 * uncaught exception handler explicitly set then this thread's
 * <tt>ThreadGroup</tt> object is returned, unless this thread
 * has terminated, in which case <tt>null</tt> is returned.
 * @since 1.5
 * @return the uncaught exception handler for this thread
 */
public UncaughtExceptionHandler getUncaughtExceptionHandler() {
    return uncaughtExceptionHandler != null ?
        uncaughtExceptionHandler : group;
}
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首先判断uncaughtExceptionHandler变量是否赋值，如果有值将直接返回此异常处理器，否则返回的是group。uncaughtExceptionHandler是一个对象类型的属性变量，并非static的静态变量，这也意味着，每个线程，都可以通过setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh)方法设置线程私有的异常处理器，并且，一旦设置，如果有未捕获异常，此异常处理器将被调用，异常处理流程结束。

group具体类型是ThreadGroup，并实现了Thread.UncaughtExceptionHandler接口。ThreadGroup中关于未捕获异常处理的逻辑截取如下：

public class ThreadGroup implements Thread.UncaughtExceptionHandler {
    ....
    
    /**
     * Called by the Java Virtual Machine when a thread in this
     * thread group stops because of an uncaught exception, and the thread
     * does not have a specific {@link Thread.UncaughtExceptionHandler}
     * installed.
     * <p>
     * The <code>uncaughtException</code> method of
     * <code>ThreadGroup</code> does the following:
     * <ul>
     * <li>If this thread group has a parent thread group, the
     *     <code>uncaughtException</code> method of that parent is called
     *     with the same two arguments.
     * <li>Otherwise, this method checks to see if there is a
     *     {@linkplain Thread#getDefaultUncaughtExceptionHandler default
     *     uncaught exception handler} installed, and if so, its
     *     <code>uncaughtException</code> method is called with the same
     *     two arguments.
     * <li>Otherwise, this method determines if the <code>Throwable</code> * argument is an instance of {@link ThreadDeath}. If so, nothing * special is done. Otherwise, a message containing the * thread's name, as returned from the thread's {@link * Thread#getName getName} method, and a stack backtrace, * using the <code>Throwable</code>'s {@link * Throwable#printStackTrace printStackTrace} method, is * printed to the {@linkplain System#err standard error stream}. * </ul> * <p> * Applications can override this method in subclasses of * <code>ThreadGroup</code> to provide alternative handling of * uncaught exceptions. * * @param t the thread that is about to exit. * @param e the uncaught exception. * @since JDK1.0 */ public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) { if (parent != null) { parent.uncaughtException(t, e); } else { Thread.UncaughtExceptionHandler ueh = Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler(); if (ueh != null) { ueh.uncaughtException(t, e); } else if (!(e instanceof ThreadDeath)) { System.err.print("Exception in thread \"" + t.getName() + "\" "); e.printStackTrace(System.err); } } } .... } 复制代码

当线程私有的uncaughtExceptionHandler变量为空时，此时调用到。ThreadGroup的uncaughtException方法。这个方法内部逻辑稍显复杂，具体流程如下：
1，先判断是否有父线程组，只要存在父线程组，都将会先调用父线程组的uncaughtException方法；
2，直到父线程组为null时，此时已经是根线程组了，将会通过Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler()获取线程默认的异常处理器；
3，如果线程默认的异常处理器存在，将直接调用线程默认异常处理器的uncaughtException方法，流程结束；
4，否则，将会通过e.printStackTrace，输出异常信息。

同样的，我们需要注意的是，线程默认的异常处理器也是一个static定义在Thread类中的静态变量，跟异常预处理器一样，也就意味着这是所有线程共享的。在前述的RuntimeInit.java类中KillApplicationHandler类的对象，就是通过setDefaultUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh)设置进去的。也就是说，App启动时，系统会默认为其设置一个线程默认的异常处理器，当未捕获异常发生时，默认情况下的闪退就是这个线程默认的异常处理器，即KillApplicationHandler去具体触发的。

当然了，我们也可以人为的设置线程线程默认的异常处理器，此时，如果流程执行到这，将会按照我们设置的异常处理器去处理。

总体上，我们可以画一个流程图，总结下上述的整个流程。

 


 

通过设置异常预处理器，线程默认的异常处理器或者线程私有的异常处理器，都可以实现对未捕获异常的自定义异常的处理，或者改变其默认的执行流程。更有甚者，我们可以将线程归组，同时自定义线程组，并重写其uncaughtException方法，以实现对特定线程组的异常处理的自定义。凡此种种，处理起来可以依据实际需要，非常灵活。

很自然的，我们可以很容易地回答第4个问题：

Android项目中，可能引入了多个质量监控的三方库，为何三方库之间，甚至与主工程之间都没有冲突?
复制代码

例如项目中接入了腾讯的bugly，同时又接入了友盟或firebase，且项目自身，往往还自定义了异常处理器。这在实际项目开发中是非常常见的。当有未捕获异常出现时，多个质量监控的后台，都能有效收集到对应的错误信息。这也是实际上都知道的“常识”。之所以彼此之间没有互相冲突，也没有相互影响，原因在于大家都是遵循同样的一套原则去处理未捕获的异常，而未实际去阻断或不可逆的直接改变未捕获异常的流程。例如：各自自定义异常处理时，先获取线程默认的异常处理器，暂存起来，然后各自设置自定义的异常处理器，但在实现的uncaughtException方法中，处理完自己的逻辑后，适时的去调用原有的线程默认的异常处理。如此，表面上看，是static静态变量（线程默认的异常处理器）每次被重新覆盖，实际上却达到了彼此间的自定义的异常处理逻辑都能实现，互不影响。

如：

public class CrashReport implements UncaughtExceptionHandler {
    private final static String TAG = "CrashReport";

    private final static CrashReport INSTANCE = new CrashReport();
    private Thread.UncaughtExceptionHandler mDefaultHandler;

    private CrashReport() {

    }

    public static CrashReport getInstance() { return INSTANCE; } /** * 初始化,注册Context对象, * 获取系统默认的UncaughtException处理器, * 设置该CrashHandler为程序的默认处理器 */ public void init() { if (Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler() != this) { mDefaultHandler = Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler(); Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(this); } } /** * 当UncaughtException发生时会转入该函数来处理 */ @Override public void uncaughtException(Thread thread, Throwable ex) { // 实现自定义的未捕获异常处理逻辑，例如上报自己的服务器等。 ..... ..... // 调用原有的线程默认的异常处理器处理异常 if (mDefaultHandler != null && mDefaultHandler != this) { mDefaultHandler.uncaughtException(thread, ex); } } } 复制代码

自然的，实际上，第5个问题也已经回答完了。


2.3 Java & Android 未捕获异常处理流程的异同

接下来开始回答第6个问题。

从上述分析的流程及源码中可以看出，未捕获异常的处理流程上，最核心的涉及到的是java.lang.Thread、java.lang.ThreadGroup以及com.android.internal.os.RuntimeInit类。但是RuntimeInit是Android中特有的类，这也就意味着，单纯的Java环境下，是没有默认被系统注入的uncaughtExceptionPreHandler和defaultUncaughtExceptionHandler异常处理器的。

同时，在源码中，发现针对setUncaughtExceptionPreHandler方法有如下注释部分：

/**
 * Sets an {@link UncaughtExceptionHandler} that will be called before any
 * returned by {@link #getUncaughtExceptionHandler()}. To allow the standard
 * handlers to run, this handler should never terminate this process. Any
 * throwables thrown by the handler will be ignored by
 * {@link #dispatchUncaughtException(Throwable)}.
 *
 * @hide only for use by the Android framework (RuntimeInit) b/29624607
 */
public static void setUncaughtExceptionPreHandler(UncaughtExceptionHandler eh) {
    uncaughtExceptionPreHandler = eh;
}

/** @hide */
public static UncaughtExceptionHandler getUncaughtExceptionPreHandler() { return uncaughtExceptionPreHandler; } 复制代码

显然，从注释中可以看出，uncaughtExceptionPreHandler只是Android中才特有的概念，Java中是没有的。

因为Android中用到的，是基于OpendJDK版本的Java，并非Oracle的Java版本。在OpendJDK版本的Java中，针对Android系统特有的需求，增加了线程预处理器的概念，并让其在其他异常处理器之前执行。

再次用流程图表示下，其中浅红色区域，是Java & Android 未捕获异常处理流程的差异部分。

 


三、结语

Java & Android 未捕获异常处理流程总体上是类似的，除了Android特有的线程异常预处理器和默认设置的uncaughtExceptionPreHandler和defaultUncaughtExceptionHandler。Android项目开发中，可以依据实际的情况，去增加特有的异常处理逻辑，甚至去改变异常处理的流程走向。只要你愿意，甚至当未捕获异常发生时，App不闪退都是完全可以的。

Just do it

end ~


作者：HappyCorn
链接：https://juejin.im/post/5dd52e156fb9a05a7523778e
来源：掘金
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