1.概念

首先，ANR(Application Not responding)是指应用程序未响应，Android系统对于一些事件需要在一定的时间范围内完成，如果超过预定时间能未能得到有效响应或者响应时间过长，都会造成ANR。ANR由消息处理机制保证，Android在系统层实现了一套精密的机制来发现ANR，核心原理是消息调度和超时处理。

2.表现

当发生ANR时，会收集一些系统状态，譬如CPU/IO使用情况、进程函数调用栈，并且报告用户有进程无响应了(ANR对话框)。
发生ANR时会调用AppNotRespondingDialog.show()方法弹出对话框提示用户，该对话框的依次调用关系如下图所示：

AppErrors.appNotResponding()，该方法是最终弹出ANR对话框的唯一入口，调用该方法的场景才会有ANR提示，也可以认为在主线程中执行无论再耗时的任务，只要最终不调用该方法，都不会有ANR提示，也不会有ANR相关日志及报告；通过调用关系可以看出哪些场景会导致ANR，有以下四种场景：
（1）Service Timeout:Service在特定的时间内无法处理完成
（2）BroadcastQueue Timeout：BroadcastReceiver在特定时间内无法处理完成
（3）ContentProvider Timeout：内容提供者执行超时
（4）inputDispatching Timeout: 按键或触摸事件在特定时间内无响应。

ANR机制

ANR机制可以分为两部分：
ANR监测机制：Android对于不同的ANR类型(Broadcast, Service, InputEvent)都有一套监测机制。
ANR报告机制：在监测到ANR以后，需要显示ANR对话框、输出日志(发生ANR时的进程函数调用栈、CPU使用情况等)。

举例Service超时监测机制

Service运行在应用程序的主线程，如果Service的执行时间超过20秒，则会引发ANR。

当发生Service ANR时，一般可以先排查一下在Service的生命周期函数中(onCreate(), onStartCommand()等)有没有做耗时的操作，譬如复杂的运算、IO操作等。 如果应用程序的代码逻辑查不出问题，就需要深入检查当前系统的状态：CPU的使用情况、系统服务的状态等，判断当时发生ANR进程是否受到系统运行异常的影响。

如何检测Service超时呢？Android是通过设置定时消息实现的。
Service超时监测机制可以从Service启动流程中找到。
（1）ActiveServices.realStartServiceLocked()主要工作有

private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r,ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {...// 主要是为了设置ANR超时，可以看出在正式启动Service之前开始ANR监测；bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, "create");// 启动过程调用scheduleCreateService方法,最终会调用Service.onCreate方法；app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo,// 绑定过程中，这个方法中会调用app.thread.scheduleBindService方法requestServiceBindingsLocked(r, execInFg);// 调动Service的其他方法，如onStartCommand，也是IPC通讯sendServiceArgsLocked(r, execInFg, true);}

2）bumpServiceExecutingLocked()会调scheduleServiceTimeoutLocked()方法

void scheduleServiceTimeoutLocked(ProcessRecord proc) {if (proc.executingServices.size() == 0 || proc.thread == null) {return;}Message msg = mAm.mHandler.obtainMessage(ActivityManagerService.SERVICE_TIMEOUT_MSG);msg.obj = proc;// 在serviceDoneExecutingLocked中会remove该SERVICE_TIMEOUT_MSG消息，// 当超时后仍没有remove SERVICE_TIMEOUT_MSG消息，则执行ActiveServices. serviceTimeout()方法；mAm.mHandler.sendMessageDelayed(msg,proc.execServicesFg ? SERVICE_TIMEOUT : SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT);// 前台进程中执行Service，SERVICE_TIMEOUT=20s；后台进程中执行Service，SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT=200s}

（3）如果在指定的时间内还没有serviceDoneExecutingLocked()方法将消息remove掉，就会调用ActiveServices. serviceTimeout()方法

void serviceTimeout(ProcessRecord proc) {...final long maxTime =  now -(proc.execServicesFg ? SERVICE_TIMEOUT : SERVICE_BACKGROUND_TIMEOUT);...// 寻找运行超时的Servicefor (int i=proc.executingServices.size()-1; i>=0; i--) {ServiceRecord sr = proc.executingServices.valueAt(i);if (sr.executingStart < maxTime) {timeout = sr;break;}...}...// 判断执行Service超时的进程是否在最近运行进程列表，如果不在，则忽略这个ANRif (timeout != null && mAm.mLruProcesses.contains(proc)) {anrMessage = "executing service " + timeout.shortName;}...if (anrMessage != null) {// 当存在timeout的service，则执行appNotResponding，报告ANRmAm.appNotResponding(proc, null, null, false, anrMessage);}
}

4）Service onCreate超时监测整体流程如下图

在onCreate生命周期开始执行前，启动超时监测，如果在指定的时间onCreate没有执行完毕（该该方法中执行耗时任务），就会调用ActiveServices.serviceTimeout()方法报告ANR；如果在指定的时间内onCreate执行完毕，那么就会调用ActivityManagerService.serviceDoneExecutingLocked()方法移除SERVICE_TIMEOUT_MSG消息，说明Service.onCreate方法没有发生ANR，Service是由AMS调度，利用Handler和Looper，设计了一个TIMEOUT消息交由AMS线程来处理，整个超时机制的实现都是在Java层；以上就是Service超时监测的整体流程。

ANR报告机制

无论哪种类型的ANR发生以后，最终都会调用 AppErrors.appNotResponding() 方法。

final void appNotResponding(ProcessRecord app, ActivityRecord activity,ActivityRecord parent, boolean aboveSystem, final String annotation) {...if (ActivityManagerService.MONITOR_CPU_USAGE) {// 1. 更新CPU使用信息。ANR的第一次CPU信息采样，采样数据会保存在mProcessStats这个变量中mService.updateCpuStatsNow();}// 记录ANR到EventLog中EventLog.writeEvent(EventLogTags.AM_ANR, app.userId, app.pid,app.processName, app.info.flags, annotation);// 输出ANR到main log.StringBuilder info = new StringBuilder();info.setLength(0);info.append("ANR in ").append(app.processName);if (activity != null && activity.shortComponentName != null) {info.append(" (").append(activity.shortComponentName).append(")");}info.append("\n");info.append("PID: ").append(app.pid).append("\n");if (annotation != null) {info.append("Reason: ").append(annotation).append("\n");}if (parent != null && parent != activity) {info.append("Parent: ").append(parent.shortComponentName).append("\n");}// 3. 打印调用栈。具体实现由dumpStackTraces()函数完成File tracesFile = ActivityManagerService.dumpStackTraces(true, firstPids,(isSilentANR) ? null : processCpuTracker,(isSilentANR) ? null : lastPids,nativePids);String cpuInfo = null;// MONITOR_CPU_USAGE默认为trueif (ActivityManagerService.MONITOR_CPU_USAGE) {// 4. 更新CPU使用信息。ANR的第二次CPU使用信息采样。两次采样的数据分别对应ANR发生前后的CPU使用情况mService.updateCpuStatsNow();synchronized (mService.mProcessCpuTracker) {// 输出ANR发生前一段时间内各个进程的CPU使用情况cpuInfo = mService.mProcessCpuTracker.printCurrentState(anrTime);}// 输出CPU负载info.append(processCpuTracker.printCurrentLoad());info.append(cpuInfo);}// 输出ANR发生后一段时间内各个进程的CPU使用率info.append(processCpuTracker.printCurrentState(anrTime));//会打印发生ANR的原因，如输入事件导致ANR的不同场景Slog.e(TAG, info.toString());if (tracesFile == null) {// There is no trace file, so dump (only) the alleged culprit's threads to the log// 发送signal 3(SIGNAL_QUIT)来dump栈信息Process.sendSignal(app.pid, Process.SIGNAL_QUIT);}// 将anr信息同时输出到DropBoxmService.addErrorToDropBox("anr", app, app.processName, activity, parent, annotation,cpuInfo, tracesFile, null);// Bring up the infamous App Not Responding dialog// 5. 显示ANR对话框。抛出SHOW_NOT_RESPONDING_MSG消息，// AMS.MainHandler会处理这条消息，显示AppNotRespondingDialog对话框提示用户发生ANRMessage msg = Message.obtain();HashMap<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();msg.what = ActivityManagerService.SHOW_NOT_RESPONDING_UI_MSG;msg.obj = map;msg.arg1 = aboveSystem ? 1 : 0;map.put("app", app);if (activity != null) {map.put("activity", activity);}mService.mUiHandler.sendMessage(msg);}}

除了主体逻辑，发生ANR时还会输出各种类别的日志：
event log：通过检索”am_anr”关键字，可以找到发生ANR的应用
main log：通过检索”ANR in “关键字，可以找到ANR的信息，日志的上下文会包含CPU的使用情况
dropbox：通过检索”anr”类型，可以找到ANR的信息
traces：发生ANR时，各进程的函数调用栈信息

至此ANR相关报告已经完成，后续需要分析ANR问题，分析ANR往往是从main log中的CPU使用情况和traces中的函数调用栈开始。所以，更新CPU的使用信息updateCpuStatsNow()方法和打印函数栈dumpStackTraces()方法，是系统报告ANR问题关键所在