ART异常处理机制(1)

本文主要介绍 ART异常处理，ART对SIGSEGV信号的拦截处理，Implicit Suspend Check的实现，以及一般的 Java Exception在ART种的检测和抛出。由于 StackOverflowError / NullPointerException的检测抛出，throw-catch的实现比较复杂，开始写到一篇文章内，发现文章太长了，后来把这3个比较复杂的处理拆分出来单独列出了。

ART异常处理机制(2) - StackOverflowError 实现

ART异常处理机制(3) - NullPointerException实现

ART异常处理机制(4) - throw & catch & finally实现

实际上 ART 种的主要的两种Exception的处理都是通过产生 SIGSEGV信号好拦截SIGSEGV信号进行实现的。所以我们接下来先弄明白 ART种对 SIGSEGV信号的拦截的处理流程。

1. FaultManager的初始化

ART中处理linux信号是通过 FaultManger来处理，对于特定的信号，先经过ART中的信号处理函数 art_fault_handler进行处理，在ART中能够识别的情况下，把这些信号转换为Java工程师能够识别的 Java Exception 抛出，以便于工程师处理异常。

下面我们看下 FaultManger的实现。实际上 FaultManger实在虚拟机启动的时候，就完成了初始化，在虚拟机启动完成，即可立即处理 Java Exception。

在 runtime.cc 的 Runtime::Init 函数：

bool Runtime::Init(RuntimeArgumentMap&& runtime_options_in) {   ...    fault_manager.Init();      if (implicit_suspend_checks_) {        new SuspensionHandler(&fault_manager);      }      if (implicit_so_checks_) {        new StackOverflowHandler(&fault_manager);      }      if (implicit_null_checks_) {        new NullPointerHandler(&fault_manager);      }      if (kEnableJavaStackTraceHandler) {        new JavaStackTraceHandler(&fault_manager);      }   ...}

其中 fault_manager.Init() 初始化，会通过 signal 信号处理函数，设置拦截几个特定的信号，通过对这些信号进行特殊处理，来实现 Java Exception；下面的几个Handler的创建，实际都是通过构造函数，将自己添加到 fault_manager 的信号处理 handler 集合中，以便后续处理特定信号。

void FaultManager::Init() {  CHECK(!initialized_);  sigset_t mask;  sigfillset(&mask);  sigdelset(&mask, SIGABRT);  sigdelset(&mask, SIGBUS);  sigdelset(&mask, SIGFPE);  sigdelset(&mask, SIGILL);  sigdelset(&mask, SIGSEGV);  SigchainAction sa = {    .sc_sigaction = art_fault_handler,    .sc_mask = mask,    .sc_flags = 0UL,  };  AddSpecialSignalHandlerFn(SIGSEGV, &sa);  initialized_ = true;}

当前 mask中，包含 SIGABRT，SIGBUS，SIGFPE，SIGILL，SIGSEGV 之外的所有信号。

而 AddSpecialSignalHandlerFn中，只传递了 SIGSEGV过去。

extern "C" void AddSpecialSignalHandlerFn(int signal, SigchainAction* sa) {  InitializeSignalChain();  if (signal <= 0 || signal >= _NSIG) {    fatal("Invalid signal %d", signal);  }  // Set the managed_handler.  chains[signal].AddSpecialHandler(sa);  chains[signal].Claim(signal);}

其中 chains是一个数组，其长度是linux 信号的个数： static SignalChain chains[_NSIG];

在 InitializeSignalChain函数中，获取 sigchainlib 里的 sigaction 和 sigprocmask 函数，以便后续使用：

__attribute__((constructor)) static void InitializeSignalChain() {   ...    void* linked_sigaction = dlsym(RTLD_NEXT, "sigaction");    void* linked_sigprocmask = dlsym(RTLD_NEXT, "sigprocmask");   ...}

记得Android之前的版本 libsigchain.so 是在 initrc 中通过 LD_PRELOAD 添加到 ldpath 中的，后来好像改了，修改后还没研究过。

在 sigchain lib中实现了自己的 sigaction和 sigprocmask函数，通过类似 LD_PRELOAD 的手段，把 libsigchain.so 添加到 ldpath；使得在调用 sigaction 函数以及 sigprocmask时，会调用 libsigchain的这两个函数，而不是 libc的这两个函数。

这里通过 dlsym（RTLD_NEXT,"***")，来获取 libc的这两个函数的指针，后续使用。

简单来讲，就相当于 hook 了 libc的这两个函数，使得调用这两个函数的地方都会进入 libsigchain 实现的 sigaction和sigprocmask函数内。

extern "C" int sigaction(int signal, const struct sigaction* new_action, struct sigaction* old_action) {  InitializeSignalChain();  if (signal < 0 || signal >= _NSIG) {    errno = EINVAL;    return -1;  }  if (chains[signal].IsClaimed()) {    struct sigaction saved_action = chains[signal].GetAction();    if (new_action != nullptr) {      chains[signal].SetAction(new_action);    }    if (old_action != nullptr) {      *old_action = saved_action;    }    return 0;  }  // Will only get here if the signal chain has not been claimed.  We want  // to pass the sigaction on to the kernel via the real sigaction in libc.  return linked_sigaction(signal, new_action, old_action);}

从代码中看到，通过 sigaction设置的信号会调用 libsigchain 的sigaction函数路径设置new action，如果时我们关注的信号，则没有真正设置new action到kernel，而是将其存放到该信号对应的SignalChain对应的 action_成员，用以记录 old_action，并返回该信号原来的 saved_action；若不是我们关注的信号，则还走 libc的 sigaction 函数，会真正设置new action到kernel。

同时也 hook 了 signal() 函数，目的与 hook sigaction函数一样，只不过，当走默认路径时，并不是使用libc的 signal()函数，而是也使用 libc的sigaction函数。

sigchainlib中实现的 sigprocmask也类似，目的是当有程序调用 sigprocmask设置 SIG_BLOCK 要阻塞我们关注的 signal时，要把我们关注的 signal从信号掩码中去除掉，以便影响我们的功能。
接下来的 chains[signal].AddSpecialHandlers(sa)，和 Claim(signal) ：

    SigchainAction special_handlers_[2];

void AddSpecialHandler(SigchainAction* sa) {    for (SigchainAction& slot : special_handlers_) {      if (slot.sc_sigaction == nullptr) {        slot = *sa;        return;      }    }    fatal("too many special signal handlers");  }

这里把两个 special handler的 SigChainAction 都设置为前面 FaultManger::Init 函数中初始化的 SigChainAction，其中sc_sigaction = art_fault_handler；

Claim(SIGSEGV):

  void Claim(int signo) {    if (!claimed_) {      Register(signo);      claimed_ = true;    }  }  void Register(int signo) {    struct sigaction handler_action = {};    handler_action.sa_sigaction = SignalChain::Handler;    handler_action.sa_flags = SA_RESTART | SA_SIGINFO | SA_ONSTACK;    sigfillset(&handler_action.sa_mask);    linked_sigaction(signo, &handler_action, &action_);  }

可以看到在调用 Claim 函数 Register信号时，调用用过了前面的 linked_sigaction，其实就是 libc的  sigaction()函数。这里指定了 SIGSEGV信号的信号处理函数，即 void SignalChain::Handler(int signo, siginfo_t* siginfo, void* ucontext_raw) 函数来处理 SIGSEGV 信号。

总的来讲，fault_manager.Init()函数通过 sigchain中函数，设置了 SIGSEGV 信号的处理函数为 SignalChain::Handler函数，并 hook 了 libc 的 sigaction()，sigprocmask()， signal()，以及32bit时的 bsd_signal()这四个函数，防止被其他程序破坏我们的设置。

在 SignalChain::Handler() 函数中，会先调用 art_fault_handler 来先尝试处理 SIGSEGV信号，如果处理不了，会再使用 saved sigaction(default 或者应用设置的sigaction)来处理这个信号。

回到 Runtime::Init()函数，fault_manager.Init()后面的 new SuspensionHandler(&fault_manager);几条语句，实际在这几个Handler的构造函数中，把它们各自都添加到了FaultManager的成员 generated_code_handlers_集合中，后面在 art_fault_hander函数中会使用这几个 Handler 尝试处理 SIGSEGV：

比如：

NullPointerHandler::NullPointerHandler(FaultManager* manager) : FaultHandler(manager) {  manager_->AddHandler(this, true);}

传递的第二个参数是 true：

void FaultManager::AddHandler(FaultHandler* handler, bool generated_code) {  DCHECK(initialized_);  if (generated_code) {    generated_code_handlers_.push_back(handler);  } else {    other_handlers_.push_back(handler);  }}

到这里，已经把 NullPointerHander 添加到 generated_code_handlers_集合中；

再看 art_fault_hander 函数：

static bool art_fault_handler(int sig, siginfo_t* info, void* context) {  return fault_manager.HandleFault(sig, info, context);}

bool FaultManager::HandleFault(int sig, siginfo_t* info, void* context) {  ...  if (IsInGeneratedCode(info, context, true)) {    for (const auto& handler : generated_code_handlers_) {      VLOG(signals) << "invoking Action on handler " << handler;      if (handler->Action(sig, info, context)) {        return true;      }    }   ...}

总结：FaultManger 初始化完成了两件事情：

1. 设置 SIGSEGV 信号必须先通过 ART 处理
2. ART 处理 SIGSEGV时，在 art_fault_handler 函数中主要先通过 generated_code_handlers_ 进行处理
3. 把 NullPointerHander 等几个 Handler 添加到 generated_code_handlers_ 

所以，总的来讲，ART 中对 Java Exception的支持完全是通过 SIGSEGV 这个信号实现的。

2. ART 中对 SIGSEGV 信号的处理

前面已经知道，SIGSEGV信号会通过 SignalChain::Handler 函数处理：

void SignalChain::Handler(int signo, siginfo_t* siginfo, void* ucontext_raw) {  if (!GetHandlingSignal()) {    for (const auto& handler : chains[signo].special_handlers_) {      if (handler.sc_sigaction == nullptr) {        break;      }      bool handler_noreturn = (handler.sc_flags & SIGCHAIN_ALLOW_NORETURN);      sigset_t previous_mask;      linked_sigprocmask(SIG_SETMASK, &handler.sc_mask, &previous_mask);      ScopedHandlingSignal restorer;      if (!handler_noreturn) {        SetHandlingSignal(true);      }      if (handler.sc_sigaction(signo, siginfo, ucontext_raw)) {        return;      }      linked_sigprocmask(SIG_SETMASK, &previous_mask, nullptr);    }  }  // Forward to the user's signal handler.  int handler_flags = chains[signo].action_.sa_flags;  ucontext_t* ucontext = static_cast<ucontext_t*>(ucontext_raw);  sigset_t mask;  sigorset(&mask, &ucontext->uc_sigmask, &chains[signo].action_.sa_mask);  if (!(handler_flags & SA_NODEFER)) {    sigaddset(&mask, signo);  }  linked_sigprocmask(SIG_SETMASK, &mask, nullptr);  if ((handler_flags & SA_SIGINFO)) {    chains[signo].action_.sa_sigaction(signo, siginfo, ucontext_raw);  } else {    auto handler = chains[signo].action_.sa_handler;    if (handler == SIG_IGN) {      return;    } else if (handler == SIG_DFL) {      fatal("exiting due to SIG_DFL handler for signal %d", signo);    } else {      handler(signo);    }  }}

这个函数的功能：

1. 如果当前线程没有正在处理信号，则尝试使用 special hander的 sc_sigaction 函数来处理该信号，即使用 art_fault_handler函数尝试处理 SIGSEGV
2. 如果 art_fault_handler 能够处理当前信号，则处理完成后 return
3. 如果不能处理当前信号，则会调用 SIGSEGV信号对应的 SignalChain中保存的 saved action(action_) 来处理这个信号，即如果应用程序设置过该信号的处理函数，则调用其，如果没有应该会走 linker 中设置的 sigaction，最终走到 debuggerd处理该信号。

所以，一般情况下，收到 SIGSEGV信号后，先走到当前函数，然后走到 art_fault_hanlder 函数：

// Signal handler called on SIGSEGV.static bool art_fault_handler(int sig, siginfo_t* info, void* context) {  return fault_manager.HandleFault(sig, info, context);}

bool FaultManager::HandleFault(int sig, siginfo_t* info, void* context) {  VLOG(signals) << "Handling fault";#ifdef TEST_NESTED_SIGNAL  // Simulate a crash in a handler.  raise(SIGSEGV);#endif  if (IsInGeneratedCode(info, context, true)) {    VLOG(signals) << "in generated code, looking for handler";    for (const auto& handler : generated_code_handlers_) {      VLOG(signals) << "invoking Action on handler " << handler;      if (handler->Action(sig, info, context)) {        // We have handled a signal so it's time to return from the        // signal handler to the appropriate place.        return true;      }    }    // We hit a signal we didn't handle.  This might be something for which    // we can give more information about so call all registered handlers to    // see if it is.    if (HandleFaultByOtherHandlers(sig, info, context)) {      return true;    }  }  // Set a breakpoint in this function to catch unhandled signals.  art_sigsegv_fault();  return false;}

可以看到，在HandleFault中，会先通过 IsInGeneratedCode() 判断当前的 SIGSEGV是否是发生在 generated code中，也就是判断是否是在从 java 代码编译出来的 native code中，如果是的话，才会依次使用 generated_code_handlers_ 以及 other handlers尝试处理该 SIGSEGV信号。

bool FaultManager::IsInGeneratedCode(siginfo_t* siginfo, void* context, bool check_dex_pc) {  ...  ThreadState state = thread->GetState();  if (state != kRunnable) {    return false;  }  if (!Locks::mutator_lock_->IsSharedHeld(thread)) {    return false;  }  GetMethodAndReturnPcAndSp(siginfo, context, &method_obj, &return_pc, &sp);  const OatQuickMethodHeader* method_header = method_obj->GetOatQuickMethodHeader(return_pc);  uint32_t dexpc = method_header->ToDexPc(method_obj, return_pc, false);  return !check_dex_pc || dexpc != DexFile::kDexNoIndex;}

这里把这个函数的关键代码展示出来，判断是否在 generated code中：

1. 如果SIGSEGV发生在generated code中，则当前线程肯定是 kRunnable状态，且持有 mutator_lock_
2. 根据当前 context 尝试获取对应的 ArtMethod，如果发生在 generated code中，则肯定能获取成功
3. 根据ArtMethod获取当前 SIGSEGV发生位置对应的 dex_pc，如果发生在 generated code中，也应该能够获取成功

假设当前处理的这个SIGSEGV就是发生在 generated code中，那么接下来，依次通过 generated_code_handlers_ 和 other handlers的Action函数尝试处理该信号。

generated_code_handlers_ 中依次是如下这几个handler：

      if (implicit_suspend_checks_) {        new SuspensionHandler(&fault_manager);      }      if (implicit_so_checks_) {        new StackOverflowHandler(&fault_manager);      }      if (implicit_null_checks_) {        new NullPointerHandler(&fault_manager);      }

而other_handlers_中只有一个handler：

      if (kEnableJavaStackTraceHandler) {        new JavaStackTraceHandler(&fault_manager);      }

所以，一个 SIGSEGV信号来了之后，上面的这四个handler处理是有优先级的，就是它们的顺序。

每个handler尝试处理时，都是通过各自的 Action函数，从当前 context中获取一定信息，判断是否匹配各自期待的信息，如果匹配，则就能够处理当前这个 SIGSEGV，返回 true，后面的handler就不再需要处理了；否则继续交由下一个handler尝试处理；这些handler都不能处理的话，最终再交给默认的处理函数，最终走到debuggerd。

另外，看到这几个Handler的添加都是有条件的，拿一个7.0的手机看了下，这几个开关的值分别是：

(gdb) p 'art::Runtime'::instance_->implicit_suspend_checks_$2 = false(gdb) p 'art::Runtime'::instance_->implicit_so_checks_$3 = true(gdb) p 'art::Runtime'::instance_->implicit_null_checks_$4 = truestatic constexpr bool kEnableJavaStackTraceHandler = false;

所以真正的运行环境中，SIGSEGV 信号只需要先被 StackOverflowHander 和 NullPointerHandler 这俩个handler尝试处理，不能处理，则走到Linker中的处理函数。

3. SuspensionHander 实现

各个handler的实现主要就是在其对应的 Action()函数中，而由于其要获取当前 context的信息，所以这些Action函数是平台相关的，比如x86平台context的处理和arm平台不一样，arm平台上 32bit和64bit对context的处理也不相同。这里我们主要分析 arm 32上的实现。

// A suspend check is done using the following instruction sequence:// 0xf723c0b2: f8d902c0  ldr.w   r0, [r9, #704]  ; suspend_trigger_// .. some intervening instruction// 0xf723c0b6: 6800      ldr     r0, [r0, #0]

这几行注释是 SuspensionHandler实现的原理。

当想要一个线程在generated code中执行的时候进行 suspend check时，实际就是把线程 thread的 suspend_trigger_设置为 nullptr，按照上面的实现，在线程执行 generated code的过程中，会先通过 ldr.w r0,[r9, #704] 获取 suspend_trigger_成员（其中 r9表示thread，704 时 suspend_trigger_成员对应于 thread的offset），然后执行 ldr r0,[r0,#0]来取r0中的数据，而trigger的情况下，suspend_trigger_是0，此时就会触发一个 SIGSEGV，然后走到 SuspensionHandler::Action函数先尝试处理，发现匹配后，就跳转到Suspend Check中。

反之，当不需要进行suspend check时，把 suspend_trigger_的地址赋值给它自己就可以了，此时不会触发SIGSEGV。

trigger suspend 的enable和disable：

  void TriggerSuspend() {    tlsPtr_.suspend_trigger = nullptr;  }

  void RemoveSuspendTrigger() {    tlsPtr_.suspend_trigger = reinterpret_cast<uintptr_t*>(&tlsPtr_.suspend_trigger);  }

其enable有3种情况:

1. 在 bool Thread::ModifySuspendCountInternal()函数结尾，如果发现更改后的suspend_count大于0，说明当前线程被请求suspend，那么当然是越快越好，此时会调用 TriggerSuspend()函数，以便当前线程执行 generated code过程中进程 Suspend check，从而进入suspend状态
2. 在 bool Thread::RequestCheckpoint(Closure* function) 函数给一个线程设置Checkpoint function成功后，会调用 TriggerSuspend() 函数，因为被设置了Checkpoint function，也是越快执行越好，trigger后，在suspend check时，会先检查 checkpoint function，如果存在，则立即执行 checkpoint function
   
3. 在 bool Thread::RequestEmptyCheckpoint() 函数成功后也会调用 TriggerSuspend()；EmptyCheckpoint的功用没有详细了解

知道这些知识点后，再看 SuspensionHandler::Action函数的实现就简单了：

bool SuspensionHandler::Action(int sig ATTRIBUTE_UNUSED, siginfo_t* info ATTRIBUTE_UNUSED,                               void* context) {  // These are the instructions to check for.  The first one is the ldr r0,[r9,#xxx]  // where xxx is the offset of the suspend trigger.  uint32_t checkinst1 = 0xf8d90000      + Thread::ThreadSuspendTriggerOffset<PointerSize::k32>().Int32Value();  uint16_t checkinst2 = 0x6800;  struct ucontext* uc = reinterpret_cast<struct ucontext*>(context);  struct sigcontext *sc = reinterpret_cast<struct sigcontext*>(&uc->uc_mcontext);  uint8_t* ptr2 = reinterpret_cast<uint8_t*>(sc->arm_pc);  uint8_t* ptr1 = ptr2 - 4;  VLOG(signals) << "checking suspend";  uint16_t inst2 = ptr2[0] | ptr2[1] << 8;  VLOG(signals) << "inst2: " << std::hex << inst2 << " checkinst2: " << checkinst2;  if (inst2 != checkinst2) {    // Second instruction is not good, not ours.    return false;  }  uint8_t* limit = ptr1 - 40;   // Compiler will hoist to a max of 20 instructions.  bool found = false;  while (ptr1 > limit) {    uint32_t inst1 = ((ptr1[0] | ptr1[1] << 8) << 16) | (ptr1[2] | ptr1[3] << 8);    VLOG(signals) << "inst1: " << std::hex << inst1 << " checkinst1: " << checkinst1;    if (inst1 == checkinst1) {      found = true;      break;    }    ptr1 -= 2;      // Min instruction size is 2 bytes.  }  if (found) {    sc->arm_lr = sc->arm_pc + 3;      // +2 + 1 (for thumb)    sc->arm_pc = reinterpret_cast<uintptr_t>(art_quick_implicit_suspend);    // Now remove the suspend trigger that caused this fault.    Thread::Current()->RemoveSuspendTrigger();    VLOG(signals) << "removed suspend trigger invoking test suspend";    return true;  }  return false;}

Action函数中，实际就是先判断出发 SIGSEGV的代码是否是 0x6800( ldr r0,[r0,#0])，如果是，才有可能是Suspend Check，然后检查这个代码之前的40个字节之内是否出现了 0xf8d902c0 指令(ldr.w r0,[r9, #704])，至于为什是 40个字节，这个应该跟 thumb指令长度以及 ART 编译java 代码的 code generator相关，还没有研究。

我们暂时跳过这个疑问，假设经过检测后，发现匹配，确实是因为 TriggerSuspend()触发的一个 SIGSEGV信号，那么我们就需要处理这个 SIGSEGV信号了。处理的方式就是通过设置 arm_pc来跳转到隐式的 suspend check处理函数，另外在跳转之前 lr 会设置为 pc+2+1（+2因为当前pc指向的指令是2个字节，+1是因为在从susped check 返回回来后，需要运行在 thumb模式）：

    sc->arm_lr = sc->arm_pc + 3;      // +2 + 1 (for thumb)    sc->arm_pc = reinterpret_cast<uintptr_t>(art_quick_implicit_suspend);

下面就进入到了suspend check函数，同样是平台相关的：

ENTRY art_quick_implicit_suspend    mov    r0, rSELF    SETUP_SAVE_REFS_ONLY_FRAME r1             @ save callee saves for stack crawl    bl     artTestSuspendFromCode             @ (Thread*)    RESTORE_SAVE_REFS_ONLY_FRAME_AND_RETURNEND art_quick_implicit_suspend

我们看到，这里实际是跳到了 artTestSuspendFromCode 函数中：

extern "C" void artTestSuspendFromCode(Thread* self) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {  // Called when suspend count check value is 0 and thread->suspend_count_ != 0  ScopedQuickEntrypointChecks sqec(self);  self->CheckSuspend();}

然后就到了 thread的 CheckSuspend()函数：

inline void Thread::CheckSuspend() {  DCHECK_EQ(Thread::Current(), this);  for (;;) {    if (ReadFlag(kCheckpointRequest)) {      RunCheckpointFunction();    } else if (ReadFlag(kSuspendRequest)) {      FullSuspendCheck();    } else if (ReadFlag(kEmptyCheckpointRequest)) {      RunEmptyCheckpoint();    } else {      break;    }  }}

可以看到在这个函数里，按照 CheckpointFunction，SuspendCheck，EmptyCheckpoint的优先级进行执行，对应了上面讲到的 3种 TriggerSuspend()的情况。

到这里知道了SuspensionHandler工作的大体流程，但是有一个问题：

这个隐式的suspend check是在 generated code中的怎样的位置，它在怎样的时机执行？要搞明白这个问题，还需要研究隐式的suspend check的设计需求以及code generator生成这种代码的流程。因为隐式的 Suspend Check没有打开，暂不研究了。

因为在 generated code中，并没有安插这类隐式的 suspend check代码。那么使用的suspend check应该就是显示的检查了。在这里简单提一下Suspend Check的场景：

Supend Check 会在java函数的返回时，线程运行状态转换为 kRunnable状态时，以及 kRunnable状态的线程的 thread loop(goto)，cmp(if-ge)，switch(packed-swtich)这些执行过程，都需要进行suspend check。简单总结就是：1.线程从其他状态切换到 kRunnable状态时需要检查 2.kRunnable状态的线程执行跳转时需要检查

1.运行在Interpreter模式时的 suspend check：

   在各个 suspen check的点执行 MterpSuspendCheck函数来检查是否需要进入suspend 状态。

extern "C" size_t MterpSuspendCheck(Thread* self)    REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {  self->AllowThreadSuspension();  return MterpShouldSwitchInterpreters();}

inline void Thread::AllowThreadSuspension() {  DCHECK_EQ(Thread::Current(), this);  if (UNLIKELY(TestAllFlags())) {    CheckSuspend();  }  // Invalidate the current thread's object pointers (ObjPtr) to catch possible moving GC bugs due  // to missing handles.  PoisonObjectPointers();}

CheckSuspend()函数在前面已经提到了。

2.generated code中现实的 suspend check：

   suspend check的安插点，需要达到相同的目的，但有些许不同，generated code中的检测代码是compiler 在编译 java method的时候安插进去的：

  4: void java.lang.ThreadLocal$ThreadLocalMap.<init>(java.lang.ThreadLocal$ThreadLocalMap, java.lang.ThreadLocal$ThreadLocalMap) (dex_method_idx=3662)    DEX CODE:      0x0000: 7020 4d0e 1000            | invoke-direct {v0, v1}, void java.lang.ThreadLocal$ThreadLocalMap.<init>(java.lang.ThreadLocal$ThreadLocalMap) // method@3661      0x0003: 0e00                      | return-void    CODE: (code_offset=0x0060aae4 size_offset=0x0060aae0 size=100)...      0x0060aae4: d1400bf0  sub x16, sp, #0x2000 (8192)      0x0060aae8: b940021f  ldr wzr, [x16]        StackMap [native_pc=0x60aaec] (dex_pc=0x0, native_pc_offset=0x8, dex_register_map_offset=0xffffffff, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b00000000000000)      0x0060aaec: f81b0fe0  str x0, [sp, #-80]!      0x0060aaf0: a90357f4  stp x20, x21, [sp, #48]      0x0060aaf4: a9047bf6  stp x22, lr, [sp, #64]      0x0060aaf8: 79400270  ldrh w16, [tr] ; state_and_flags      0x0060aafc: 35000190  cbnz w16, #+0x30 (addr 0x60ab2c)      0x0060ab00: aa0303f4  mov x20, x3      0x0060ab04: aa0103f5  mov x21, x1      0x0060ab08: aa0203f6  mov x22, x2      0x0060ab0c: d0ff6ac0  adrp x0, #-0x12a6000 (addr -0xc9c000)      0x0060ab10: f9428c00  ldr x0, [x0, #1304]      0x0060ab14: f940181e  ldr lr, [x0, #48]      0x0060ab18: d63f03c0  blr lr        StackMap [native_pc=0x60ab1c] (dex_pc=0x0, native_pc_offset=0x38, dex_register_map_offset=0x0, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x700000, stack_mask=0b00000000000000)          v0: in register (21)  [entry 0]          v1: in register (22)  [entry 1]          v2: in register (20)  [entry 2]      0x0060ab1c: a94357f4  ldp x20, x21, [sp, #48]      0x0060ab20: a9447bf6  ldp x22, lr, [sp, #64]      0x0060ab24: 910143ff  add sp, sp, #0x50 (80)      0x0060ab28: d65f03c0  ret      0x0060ab2c: a9010be1  stp x1, x2, [sp, #16]      0x0060ab30: f90013e3  str x3, [sp, #32]      0x0060ab34: f9426a7e  ldr lr, [tr, #1232] ; pTestSuspend      0x0060ab38: d63f03c0  blr lr        StackMap [native_pc=0x60ab3c] (dex_pc=0x0, native_pc_offset=0x58, dex_register_map_offset=0x3, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b00000101010000)          v0: in stack (16) [entry 3]          v1: in stack (24) [entry 4]          v2: in stack (32) [entry 5]      0x0060ab3c: a9410be1  ldp x1, x2, [sp, #16]      0x0060ab40: f94013e3  ldr x3, [sp, #32]      0x0060ab44: 17ffffef  b #-0x44 (addr 0x60ab00)

在这个函数的 generated code中，函数入口位置 0x0060aaf8进行检查线程的私有数据 stata_and_flags，如果不是0，则需要跳转到0x0060ab2c 处，进行suspend check，可以看到是 跳转到了 [tr, #1232] 处：

(gdb) p (('art::Thread'*)0x7f87e4ea00)->tlsPtr_.quick_entrypoints->pTestSuspend$2 = (void (*)(void)) 0x7f878bab10 <art_quick_test_suspend>(gdb) p &(('art::Thread'*)0x7f87e4ea00)->tlsPtr_.quick_entrypoints->pTestSuspend$3 = (void (**)(void)) 0x7f87e4eed0(gdb) p 0x7f87e4eed0-0x7f87e4ea00$4 = 1232

所以真实的情况是跳转到 thread 的 tlsPtr_.quick_entrypoints->pTestSuspend 函数，而它的值实际是指向 art_quick_test_suspend 函数入口：

ENTRY art_quick_test_suspend#ifdef ARM_R4_SUSPEND_FLAG    ldrh   rSUSPEND, [rSELF, #THREAD_FLAGS_OFFSET]    cbnz   rSUSPEND, 1f                         @ check Thread::Current()->suspend_count_ == 0    mov    rSUSPEND, #SUSPEND_CHECK_INTERVAL    @ reset rSUSPEND to SUSPEND_CHECK_INTERVAL    bx     lr                                   @ return if suspend_count_ == 01:    mov    rSUSPEND, #SUSPEND_CHECK_INTERVAL    @ reset rSUSPEND to SUSPEND_CHECK_INTERVAL#endif    SETUP_SAVE_EVERYTHING_FRAME r0              @ save everything for GC stack crawl    mov    r0, rSELF    bl     artTestSuspendFromCode               @ (Thread*)    RESTORE_SAVE_EVERYTHING_FRAME    bx     lrEND art_quick_test_suspend

最终跳转到 artTestSuspendFromCode函数，接下来就与 art_quick_implicit_suspend 基本相同了。

4. StackOverflowHandler 的实现

从这个Handler的存在，我们知道，Android上对 java stack overflow的检测，也是通过 SIGSEGV实现的。

具体的分析见：ART异常处理机制(2) - StackOverflowError 实现

5. NullPointerHandler 实现

如果 StackOVerflowHandler不能处理这次的 SIGSEGV信号，那么接下来 NullPointerHandler将尝试去处理。

具体分析见：ART异常处理机制(3) - NullPointerException实现

6. JavaStackTraceHandler 实现

看下其代码：

bool JavaStackTraceHandler::Action(int sig ATTRIBUTE_UNUSED, siginfo_t* siginfo, void* context) {  // Make sure that we are in the generated code, but we may not have a dex pc.  bool in_generated_code = manager_->IsInGeneratedCode(siginfo, context, false);  if (in_generated_code) {    LOG(ERROR) << "Dumping java stack trace for crash in generated code";    ArtMethod* method = nullptr;    uintptr_t return_pc = 0;    uintptr_t sp = 0;    Thread* self = Thread::Current();    manager_->GetMethodAndReturnPcAndSp(siginfo, context, &method, &return_pc, &sp);    // Inside of generated code, sp[0] is the method, so sp is the frame.    self->SetTopOfStack(reinterpret_cast<ArtMethod**>(sp));    self->DumpJavaStack(LOG_STREAM(ERROR));  }  return false;  // Return false since we want to propagate the fault to the main signal handler.}

从实现上看，

1. 只要 SIGSEGV发生在 generated code，就会DumpJavaStack，目的是方便用来分析
2. 无论有没有dump java stack，都会返回 false，相当于不消费这个 SIGSEGV，最终仍然交给 main signal handler处理

这个 Handler 实现比较简单，其目的是：当 generated code 中发生 SIGSEGV 后，前面的几个handler都没有能够处理的情况下，打印一下 java stack trace，便于提供更多直观的信息。

7. 其他类型的 Java Exception的实现

7.1 ArrayIndexOutOfBoundsException

贴一段访问 array 数据时检测 IndexOutOfBounds 的代码，以分析这个 Exception的实现。

Java 代码：

    public void setPropertyName(@NonNull String propertyName) {        // mValues could be null if this is being constructed piecemeal. Just record the        // propertyName to be used later when setValues() is called if so.        if (mValues != null) {            PropertyValuesHolder valuesHolder = mValues[0];            String oldName = valuesHolder.getPropertyName();            valuesHolder.setPropertyName(propertyName);            mValuesMap.remove(oldName);            mValuesMap.put(propertyName, valuesHolder);        }        mPropertyName = propertyName;        // New property/values/target should cause re-initialization prior to starting        mInitialized = false;    }

DEX CODE：

  40: void android.animation.ObjectAnimator.setPropertyName(java.lang.String) (dex_method_idx=1461)    DEX CODE:      0x0000: 1203                     | const/4 v3, #+0      0x0001: 5442 5316                | iget-object v2, v4, [Landroid/animation/PropertyValuesHolder; android.animation.ObjectAnimator.mValues // field@5715      0x0003: 3802 1700                | if-eqz v2, +23      0x0005: 5442 5316                | iget-object v2, v4, [Landroid/animation/PropertyValuesHolder; android.animation.ObjectAnimator.mValues // field@5715      0x0007: 4601 0203                | aget-object v1, v2, v3      0x0009: 6e10 4406 0100           | invoke-virtual {v1}, java.lang.String android.animation.PropertyValuesHolder.getPropertyName() // method@1604      0x000c: 0c00                     | move-result-object v0      0x000d: 6e20 7106 5100           | invoke-virtual {v1, v5}, void android.animation.PropertyValuesHolder.setPropertyName(java.lang.String) // method@1649      0x0010: 5442 5416                | iget-object v2, v4, Ljava/util/HashMap; android.animation.ObjectAnimator.mValuesMap // field@5716      0x0012: 6e20 82fc 0200           | invoke-virtual {v2, v0}, java.lang.Object java.util.HashMap.remove(java.lang.Object) // method@64642      0x0015: 5442 5416                | iget-object v2, v4, Ljava/util/HashMap; android.animation.ObjectAnimator.mValuesMap // field@5716      0x0017: 6e30 80fc 5201           | invoke-virtual {v2, v5, v1}, java.lang.Object java.util.HashMap.put(java.lang.Object, java.lang.Object) // method@64640      0x001a: 5b45 5116                | iput-object v5, v4, Ljava/lang/String; android.animation.ObjectAnimator.mPropertyName // field@5713      0x001c: 5c43 4f16                | iput-boolean v3, v4, Z android.animation.ObjectAnimator.mInitialized // field@5711      0x001e: 0e00                     | return-void

QUICK CODE：

    CODE: (code_offset=0x01aef425 size_offset=0x01aef420 size=176)...      0x01aef424: f5ad5c00sub     r12, sp, #8192      0x01aef428: f8dcc000ldr.w   r12, [r12, #0]        StackMap [native_pc=0x1aef42d] (dex_pc=0x0, native_pc_offset=0x8, dex_register_map_offset=0xffffffff, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000000000)      0x01aef42c: e92d4de0push    {r5, r6, r7, r8, r10, r11, lr}      0x01aef430: b089    sub     sp, sp, #36      0x01aef432: 9000    str     r0, [sp, #0]      0x01aef434: f8b9c000ldrh.w  r12, [r9, #0]  ; state_and_flags      0x01aef438: f1bc0f00cmp.w   r12, #0      0x01aef43c: d13d    bne     +122 (0x01aef4ba)      0x01aef43e: 6a4d    ldr     r5, [r1, #36]  ; r1是 this，这里 r5 是 mValues      0x01aef440: 2d00    cmp     r5, #0      0x01aef442: d02a    beq     +84 (0x01aef49a)      0x01aef444: 460f    mov     r7, r1      0x01aef446: 4690    mov     r8, r2      0x01aef448: 2600    movs    r6, #0 ; 这个 0 是 mValues[0] 的下标index 0      0x01aef44a: 68a8    ldr     r0, [r5, #8]  ;这里应该是获取 mValues的size        StackMap [native_pc=0x1aef44d] (dex_pc=0x7, native_pc_offset=0x28, dex_register_map_offset=0x0, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000000000)          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef44c: 4286    cmp     r6, r0 ;比较 index(0) 和 mValues 的 size      0x01aef44e: d23c    bcs     +120 (0x01aef4ca) ; 若index(0)大于等于 mValues的size，择跳转到 0x01aef4ca 抛出异常      0x01aef450: 68e9    ldr     r1, [r5, #12]      0x01aef452: 468a    mov     r10, r1      0x01aef454: 6808    ldr     r0, [r1, #0]        StackMap [native_pc=0x1aef457] (dex_pc=0x9, native_pc_offset=0x32, dex_register_map_offset=0x3, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000000000)          v1: in register (1)[entry 4]          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef456: f8d000c0ldr.w   r0, [r0, #192]      0x01aef45a: f8d0e020ldr.w   lr, [r0, #32]      0x01aef45e: 47f0    blx     lr        StackMap [native_pc=0x1aef461] (dex_pc=0x9, native_pc_offset=0x3c, dex_register_map_offset=0x7, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x5a0, stack_mask=0b0000000000)          v1: in register (10)[entry 5]          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef460: 4642    mov     r2, r8      0x01aef462: 4651    mov     r1, r10      0x01aef464: 4683    mov     r11, r0      0x01aef466: 6808    ldr     r0, [r1, #0]      0x01aef468: f8d000f0ldr.w   r0, [r0, #240]      0x01aef46c: f8d0e020ldr.w   lr, [r0, #32]      0x01aef470: 47f0    blx     lr        StackMap [native_pc=0x1aef473] (dex_pc=0xd, native_pc_offset=0x4e, dex_register_map_offset=0xb, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0xda0, stack_mask=0b0000000000)          v0: in register (11)[entry 6]          v1: in register (10)[entry 5]          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef472: 6ab9    ldr     r1, [r7, #40]      0x01aef474: 465a    mov     r2, r11      0x01aef476: 460d    mov     r5, r1      0x01aef478: 6808    ldr     r0, [r1, #0]        StackMap [native_pc=0x1aef47b] (dex_pc=0x12, native_pc_offset=0x56, dex_register_map_offset=0xf, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000000000)          v0: in register (11)[entry 6]          v1: in register (10)[entry 5]          v2: in register (1)[entry 4]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef47a: f8d000d8ldr.w   r0, [r0, #216]      0x01aef47e: f8d0e020ldr.w   lr, [r0, #32]      0x01aef482: 47f0    blx     lr        StackMap [native_pc=0x1aef485] (dex_pc=0x12, native_pc_offset=0x60, dex_register_map_offset=0xb, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0xda0, stack_mask=0b0000000000)          v0: in register (11)[entry 6]          v1: in register (10)[entry 5]          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef484: 6ab9    ldr     r1, [r7, #40]      0x01aef486: 4642    mov     r2, r8      0x01aef488: 4653    mov     r3, r10      0x01aef48a: 460d    mov     r5, r1      0x01aef48c: 6808    ldr     r0, [r1, #0]        StackMap [native_pc=0x1aef48f] (dex_pc=0x17, native_pc_offset=0x6a, dex_register_map_offset=0xf, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000000000)          v0: in register (11)[entry 6]          v1: in register (10)[entry 5]          v2: in register (1)[entry 4]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef48e: f8d000d0ldr.w   r0, [r0, #208]      0x01aef492: f8d0e020ldr.w   lr, [r0, #32]      0x01aef496: 47f0    blx     lr        StackMap [native_pc=0x1aef499] (dex_pc=0x17, native_pc_offset=0x74, dex_register_map_offset=0xb, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0xda0, stack_mask=0b0000000000)          v0: in register (11)[entry 6]          v1: in register (10)[entry 5]          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]      0x01aef498: e002    b       +4 (0x01aef4a0)      0x01aef49a: 460f    mov     r7, r1      0x01aef49c: 4690    mov     r8, r2      0x01aef49e: 2600    movs    r6, #0      0x01aef4a0: f8c78074str.w   r8, [r7, #116]      0x01aef4a4: f1b80f00cmp.w   r8, #0      0x01aef4a8: d003    beq     +6 (0x01aef4b2)      0x01aef4aa: f8d90080ldr.w   r0, [r9, #128]  ; card_table      0x01aef4ae: 09f9    lsrs    r1, r7, #7      0x01aef4b0: 5440    strb    r0, [r0, r1]      0x01aef4b2: 767e    strb    r6, [r7, #25]      0x01aef4b4: b009    add     sp, sp, #36      0x01aef4b6: e8bd8de0pop     {r5, r6, r7, r8, r10, r11, pc}      0x01aef4ba: 9104    str     r1, [sp, #16]      0x01aef4bc: 9205    str     r2, [sp, #20]      0x01aef4be: f8d9e2a8ldr.w   lr, [r9, #680]  ; pTestSuspend      0x01aef4c2: 47f0    blx     lr        StackMap [native_pc=0x1aef4c5] (dex_pc=0x0, native_pc_offset=0xa0, dex_register_map_offset=0x13, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000110000)          v4: in stack (16)[entry 7]          v5: in stack (20)[entry 8]      0x01aef4c4: 9904    ldr     r1, [sp, #16]      0x01aef4c6: 9a05    ldr     r2, [sp, #20]      0x01aef4c8: e7b9    b       -142 (0x01aef43e)      0x01aef4ca: 4601    mov     r1, r0  ;把 mValues 的 size 作为第二个参数      0x01aef4cc: 4630    mov     r0, r6  ;把 index(0) 作为第一个参数      0x01aef4ce: f8d9e2b0ldr.w   lr, [r9, #688]  ; pThrowArrayBounds      0x01aef4d2: 47f0    blx     lr ; 调用 pThrowArrayBounds（artThrowArrayBoundsFromCode）抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException        StackMap [native_pc=0x1aef4d5] (dex_pc=0x7, native_pc_offset=0xb0, dex_register_map_offset=0x0, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b0000000000)          v2: in register (5)[entry 0]          v3: in register (6)[entry 1]          v4: in register (7)[entry 2]          v5: in register (8)[entry 3]

在跳转到 pThrowArrayBounds之前，准备了两个参数：r0 (index)，r1 (array size)

  qpoints->pThrowArrayBounds = art_quick_throw_array_bounds;

    /*     * Called by managed code to create and deliver an ArrayIndexOutOfBoundsException. Arg1 holds     * index, arg2 holds limit.     */TWO_ARG_RUNTIME_EXCEPTION_SAVE_EVERYTHING art_quick_throw_array_bounds, artThrowArrayBoundsFromCode

看下这个宏：

.macro TWO_ARG_RUNTIME_EXCEPTION_SAVE_EVERYTHING c_name, cxx_name    .extern \cxx_nameENTRY \c_name    SETUP_SAVE_EVERYTHING_FRAME r2  @ save all registers as basis for long jump context    mov r2, r9                      @ pass Thread::Current    bl  \cxx_name                   @ \cxx_name(Thread*)END \c_name.endm

在原有参数的基础上又加了第三个参数 r2，它是 Thread* self；然后跳转到 artThrowArrayBoundsFromCode:

// Called by generated code to throw an array index out of bounds exception.extern "C" NO_RETURN void artThrowArrayBoundsFromCode(int index, int length, Thread* self)    REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {  ScopedQuickEntrypointChecks sqec(self);  ThrowArrayIndexOutOfBoundsException(index, length);  self->QuickDeliverException();}

7.2 ArithmeticException

看下注释：

    /*     * Called by managed code to create and deliver an ArithmeticException.     */NO_ARG_RUNTIME_EXCEPTION_SAVE_EVERYTHING art_quick_throw_div_zero, artThrowDivZeroFromCode

看一个例子：

Java CODE:

    public static int floorDiv(int x, int y) {        int r = x / y;        // if the signs are different and modulo not zero, round down        if ((x ^ y) < 0 && (r * y != x)) {            r--;        }        return r;    }

DEX CODE:

  24: int java.lang.Math.floorDiv(int, int) (dex_method_idx=2574)    DEX CODE:      0x0000: 9300 0203                 | div-int v0, v2, v3      0x0002: 9701 0203                 | xor-int v1, v2, v3      0x0004: 3b01 0800                 | if-gez v1, +8      0x0006: 9201 0003                 | mul-int v1, v0, v3      0x0008: 3221 0400                 | if-eq v1, v2, +4      0x000a: d800 00ff                 | add-int/lit8 v0, v0, #-1      0x000c: 0f00                      | return v0

QUICK CODE:

    CODE: (code_offset=0x005d0024 size_offset=0x005d0020 size=72)...      0x005d0024: f81f0fe0  str x0, [sp, #-16]!      0x005d0028: f90007fe  str lr, [sp, #8]      0x005d002c: 340001c2  cbz w2, #+0x38 (addr 0x5d0064)      0x005d0030: 1ac20c20  sdiv w0, w1, w2      0x005d0034: 4a020023  eor w3, w1, w2      0x005d0038: 36f80103  tbz w3, #31, #+0x20 (addr 0x5d0058)      0x005d003c: 1b007c42  mul w2, w2, w0      0x005d0040: 6b02003f  cmp w1, w2      0x005d0044: 1a9f17e1  cset w1, eq      0x005d0048: 51000402  sub w2, w0, #0x1 (1)      0x005d004c: 7100003f  cmp w1, #0x0 (0)      0x005d0050: 1a821003  csel w3, w0, w2, ne      0x005d0054: aa0303e0  mov x0, x3      0x005d0058: f94007fe  ldr lr, [sp, #8]      0x005d005c: 910043ff  add sp, sp, #0x10 (16)      0x005d0060: d65f03c0  ret      0x005d0064: f942767e  ldr lr, [tr, #1256] ; pThrowDivZero      0x005d0068: d63f03c0  blr lr        StackMap [native_pc=0x5d006c] (dex_pc=0x0, native_pc_offset=0x48, dex_register_map_offset=0x0, inline_info_offset=0xffffffff, register_mask=0x0, stack_mask=0b000000)          v2: in register (1)   [entry 0]          v3: in register (2)   [entry 1]

可以看到在除法运算中安插了除数为0的检测。Interpreter模式下的检测不再介绍。

7.3 StringIndexOutOfBoundsException

与上面的 ArrayIndexOutOfBoundsException 类似：

    /*     * Called by managed code to create and deliver a StringIndexOutOfBoundsException     * as if thrown from a call to String.charAt(). Arg1 holds index, arg2 holds limit.     */TWO_ARG_RUNTIME_EXCEPTION_SAVE_EVERYTHING art_quick_throw_string_bounds, artThrowStringBoundsFromCode

9. Throw & Catch的实现

throw-catch-finally：ART异常处理机制(4) - throw & catch & finally实现