一个有趣的死循环问题

问题引出

最近在工作过程中,遇到一个很有意思的bug,问题出现概率很小,很难复现,但是特别严重,直接导致用户无法使用App,属于不可容忍的问题,因此必须解决。问题出现在Android-App跑压测的过程中,我们提供的第三方库会突然停止工作,但是App的UI还是能正常的运转,于是我以我的职业敏感性当即做出判断(害羞 <逃),导致这个bug是因为我们提供的动态库中的消息线程被堵塞了,从而导致整个库无法工作。
通常情况下,线程被堵塞住,有下面几个原因:

  • 执行耗时任务(如网络IO或者文件IO等,导致整个线程卡死)
  • 死锁(消息线程拿着A锁,等待B锁,数据处理线程拿着B锁,等待A锁,相互等待,导致卡死)
  • 死循环(程序卡在一个循环,CPU狂转,无法跳出)

问题定位

首先第一个思路,就是在App出现卡主问题后,导出所有线程的调用堆栈,查看我们自己的库线程,看哪个线程哪个函数调用存在问题,取线程堆栈,通常有两个方法:

  • 在Android端,程序ANR后,系统会保留该进程的所有线程堆栈的traces文件。但是有个前提,只有主线程(UI线程)卡主的时候,系统才会生成这个文件,其他子线程或者库线程卡主是不会生成traces文件的。
  • 出现问题后,让App强制crash,生成crash线程堆栈。我们尝试让UI线程强制crash后,却只生成了UI线程的调用栈,没有我们库线程的信息。

抓调用栈的思路否定之后,我们决定先进一步缩小问题范围,出现卡主问题后,我们对Android手机执行了如下命令,找出我们App所有线程的运行状况。

adb shell top -m 20 -t

巧合地发现每次采样数据中,CPU使用率最高都是我们App进程中的同一个线程,正是我们动态库的消息线程,而该线程的使用率竟然比图像绘制线程占比还要高了几倍,很明显的异常,因此几乎可以断定是该线程导致的卡死问题,同时也可以排除死锁的可能性,因为死锁会让线程wait住,不会过多的占用CPU,同时由于我们的AppIO操作很少,也就排除了文件IO和网络IO,基本可以确认是死循环导致。

那么这个线程到底是在哪个位置卡死呢?这时候最笨的方法,效果最明显,【二分加Log法】,加log的位置以代码行数进行二分切隔,如果第N行日志没有输出,那么肯定说明问题代码在第N-1~N行之间,于是乎最终定位到了这一段神奇的死循环代码问题。

void TransAngleTo360(double& dAngle)
{
    while (dAngle < 0)
        dAngle += 360;
    
    while (dAngle > 360)
        dAngle -= 360;
}

这段代码,通过两个while循环将输入角度归化到0~360度之间,问题就出在这个输入值这里。通过复现的日志发现,代码走到了异常分支,对某个静态数组 double arrAngele[8],执行了取下标-1的操作,arrAngele[-1],产生了一个未定义的极大值,8字节的double的取值范围是:

负值取值范围为 -1.79769313486231570E+308 到 -4.94065645841246544E-324;
正值取值范围为 4.94065645841246544E-324 到 1.79769313486231570E+308。

如果将1.79e+308这个数传给TransAngleTo360函数,那么函数需要执行5e+305次循环才能结束,假设我们的计算机每秒能执行10亿次机器指令,那执行完这个循环的时间,大约是1e+207秒。。。。

问题解决

对于函数输入参数,进行超大或超小值的范围控制,很明显这个方法只是暂时的补丁,且是在你知道入参大小的前提下,做的限制,如果不确定入参范围,很可能会出问题。
那么更好的做法其实是这样的,先看整数部分有多少个360,记为cnt,然后用原有角度减去cnt*360即可,为负数的时候对应处理下就行。

void TransAngleTo360(double& dAngle)
{
    int cnt = dAngle/360;
    if (time >= 0)
        dAngle = dAngle - cnt*360;
    else
        dAngle = dAngle - (cnt - 1)*360;
}
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