Toast与Snackbar的那点事

总第236篇

2018年 第28篇

背景

Toast是Android平台上的常用技术。从用户角度来看，Toast是用户与App交互最基本的提示控件；从开发者角度来看，Toast是开发过程中常用的调试手段之一。此外，Toast语法也非常简单，仅需一行代码。基于简单易用的优点，Toast在Android开发过程中被广泛使用。

但是，Toast是系统层面提供的，不依赖于前台页面，存在滥用的风险。为了规避这些风险，Google在Android系统版本的迭代过程中，不断进行了优化和限制。这些限制不可避免的影响到了正常的业务逻辑，在迭代过程中，我们遇到过以下几个问题：

1. 设置中关闭某个App的【显示通知】开关，Toast不再弹出，极大的影响了用户体验。
2. Toast在Android 7.1.2(API25)以下会发生BadTokenException异常，导致App崩溃。
3. 自定义TYPE_TOAST类型的Window，在Android 7.1.1、7.1.2发生token null is not valid异常，导致App崩溃。

与Toast斗争

在美团平台的业务中，Toast被用作主流程交互的提示控件，比如在完成下单、评价、分享后进行各种提示。Toast被限制之后会给用户带来误解。为了解决正常的业务Toast被系统限制误伤的问题，我们与Toast展开了一系列的斗争。

斗争一：Toast不弹出

举个案例：某个用户投诉美团App在分享朋友圈后没有任何提示，不知道是否分享成功。具体原因是用户在设置里关闭了美团App的【显示通知】开关，导致通知权限无法获取，这极大的影响了用户体验。然而，在Android 4.4(API19)以下系统中，这个开关的打开状态，也就是通知权限是否开启的状态我们是无法判断的，因此我们也无法感知Toast弹出与否，为了解决这个问题，需要从Toast的源码入手，最后源码总结步骤如下：

1. 在Toast#show()源码中，Toast的展示并非自己控制，而是通过AIDL使用INotificationManager获取到NotificationManagerService(NMS)这个远程服务。
2. 调用service.enqueueToast(pkg, tn, mDuration)将当前Toast的显示加入到通知队列，并传递了一个tn对象，这个对象就是NMS用作回传Toast的显示状态。
3. 在tn的回调方法中，使用WindowManager将构造的Toast添加到当前的window中，需要注意的是这个window的type类型是TYPE_TOAST。

> Toast不弹出原因分析

那么为什么禁掉通知权限会导致Toast不再弹出呢？通过以上分析，Toast的展示是由NMS服务控制的，NMS服务会做一些权限、token等的校验，当通知权限一旦关闭，Toast将不再弹出。

> 可行性方案调研

如果能够绕过NMS服务的校验那么就可以达到我们的诉求，绕过的方法是按照Toast的源码，实现我们自己的MToast，并将NMS替换成自己的ToastManager，如下图：

方案定了后，需要做的事情就是代码替换。作为平台型App，美团App大量使用了Toast，人工替换肯定会出现遗漏的地方，为了能用更少的人力来解决这个问题，我们采用了如下方案。

> 解决方案

美团App在早期就因业务需要接入了AspectJ，AspectJ是Java中做AOP编程的利器，基本原理就是在代码编译期对切面的代码进行修改，插入我们预先写好的逻辑或者直接替换当前方法的实现。美团App的做法就是借用AspectJ，从源头拦截并替换Toast的调用实现。

关键代码如下：

@Aspect
public class ToastAspect {
  @Pointcut("call(* android.widget.Toast+.show(..))")
  public void toastShow() {
  }

  @Around("toastShow()")
  public void toastShow(ProceedingJoinPoint point) {
     Toast toast = (Toast) point.getTarget();
     Context context = (Context) ReflectUtils.getValue(toast, "mContext");
     if (Build.VERSION.SDK_INT >= 19 && NotificationManagerCompat.from(context).areNotificationsEnabled()) {
         point.proceed(point.getArgs());
     } else {
         floatToastShow(toast, context);
     }
  }

  private static void floatToastShow(Toast toast, Context context) {
    ...

    new MToast(context)
           .setDuration(mDuration)
           .setView(mNextView)
           .setGravity(mGravity, mX, mY)
           .setMargin(mHorizontalMargin, mVerticalMargin)
           .show();
  }
}

其中MToast是TYPE_TOAST类型的的Window，这样即使禁掉通知权限，业务代码也可以不作任何修改，继续弹出Toast。而底层已经被无感知的替换成自己的MToast了，以最小的成本达到了目标。

斗争二：BadTokenException

美团App在线上经常会上报BadTokenExceptionCrash，而且集中在Android 5.0 - Android 7.1.2的机型上。具体Crash堆栈如下：

android.view.WindowManager$BadTokenException: Unable to add window -- token android.os.BinderProxy@6caa743 is not valid; is your activity running?
    at android.view.ViewRootImpl.setView(ViewRootImpl.java:607)
    at android.view.WindowManagerGlobal.addView(WindowManagerGlobal.java:341)
    at android.view.WindowManagerImpl.addView(WindowManagerImpl.java:106)
    at android.app.ActivityThread.handleResumeActivity(ActivityThread.java:3242)`BadTokenException`
    at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2544)
    at android.app.ActivityThread.access$900(ActivityThread.java:168)
    at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1378)
    at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:102)
    at android.os.Looper.loop(Looper.java:150)
    at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:5665)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Native Method)
    at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:822)
    at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:712)

> BadTokenException原因分析

我们知道在Android上，任何视图的显示都要依赖于一个视图窗口Window，同样Toast的显示也需要一个窗口，前文已经分析了这个窗口的类型就是TYPE_TOAST，是一个系统窗口，这个窗口最终会被WindowManagerService(WMS)标记管理。但是我们的普通应用程序怎么能拥有添加系统窗口的权限呢？查看源码后发现需要以下几个步骤：

1. 当显示一个Toast时，NMS会生成一个token，而NMS本身就是一个系统级的服务，所以由它生成的token必然拥有权限添加系统窗口。
2. NMS通过ITransientNotification也就是tn对象，将生成的token回传到我们自己的应用程序进程中。
3. 应用程序调用handleShow方法，去向WindowManager添加窗口。
4. WindowManager检查当前窗口的token是否有效，如果有效，则添加窗口展示Toast；如果无效，则抛出上述异常，Crash发生。

详细的原理图如下：

在Android 7.1.1的NMS源码中，关键代码如下：

void showNextToastLocked() {
   ToastRecord record = mToastQueue.get(0);
   while (record != null) {
       try {
           // 调用tn对象的show方法展示toast，并回传token
           record.callback.show(record.token);
           // 超时处理
           scheduleTimeoutLocked(record);
           return;
       } catch (RemoteException e) {
           ...
       }
   }
}

private void scheduleTimeoutLocked(ToastRecord r)
{
   mHandler.removeCallbacksAndMessages(r);
   Message m = Message.obtain(mHandler, MESSAGE_TIMEOUT, r);
   long delay = r.duration == Toast.LENGTH_LONG ? LONG_DELAY : SHORT_DELAY;
   // 根据toast显示的时长，延迟触发消息，最终调用下面的方法
   mHandler.sendMessageDelayed(m, delay);
}

private void handleTimeout(ToastRecord record)
{
   synchronized (mToastQueue) {
       int index = indexOfToastLocked(record.pkg, record.callback);
       if (index >= 0) {
           cancelToastLocked(index);
       }
   }
}

void cancelToastLocked(int index) {
   ToastRecord record = mToastQueue.get(index);
   try {
       // 调用tn对象的hide方法隐藏toast
       record.callback.hide();
   } catch (RemoteException e) {
      ...
   }

   ToastRecord lastToast = mToastQueue.remove(index);
   // 移除当前的toast的token，token就此失效
   mWindowManagerInternal.removeWindowToken(lastToast.token, true, DEFAULT_DISPLAY);
   ...
}

> 问题验证

通过以上分析showNextToastLocked()被调用后，如果此时主线程由于其它原因被阻塞导致handleShow()不能及时调用，从而触发超时逻辑导致token失效。主线程阻塞结束后，继续执行Toast的show方法时，发现token已经失效了，于是抛出BadTokenException异常从而导致上述Crash。

可以使用以下的代码验证此异常：

Toast.makeText(this, "测试Crash", Toast.LENGTH_SHORT).show();
try {
   Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
}

> 解决方案

那么如何解决这个异常呢？首先想到就是对Toast加上try-catch，但是发现不起作用，原因是这个异常并非在当前线程中立即被抛出的，而是添加到了消息队列中，等待消息真正执行时才会被抛出。Google在Android 8.0的代码提交中修复了这个问题，把8.0的源码和前一版本对比可以发现，如同我们的分析，Google在消息执行处将异常catch住了。那么针对8.0之前的版本发生的Crash怎么办呢？美团平台使用了一个类似代理反射的通用解决方案，结构如下图：

基本原理：使用我们自己实现的ToastHandler替换Toast内部的Handler，ToastHandler作用就是把异常catch住，这种修改思路和Android 8.0修复思路保持一致，只不过一个是在系统层面解决，一个是在用户层面解决。

斗争三：token null is not valid

在Android 7.1.1、7.1.2和去年8月发布的Android 8.0系统中，我们的方案出现了另一个异常token null is not valid，这个异常堆栈如下：

android.view.WindowManager$BadTokenException: Unable to add window -- token null is not valid; is your activity running?
   at android.view.ViewRootImpl.setView(ViewRootImpl.java:683)
   at android.view.WindowManagerGlobal.addView(WindowManagerGlobal.java:342)
   at android.view.WindowManagerImpl.addView(WindowManagerImpl.java:94)

> token null is not valid原因分析

这个异常其实并非是Toast的异常，而是Google对WindowManage的一些限制导致的。Android从7.1.1版本开始，对WindowManager做了一些限制和修改，特别是TYPE_TOAST类型的窗口，必须要传递一个token用于权限校验才允许添加。Toast源码在7.1.1及以上也有了变化，Toast的WindowManager.LayoutParams参数额外添加了一个token属性，这个属性的来源就已经在上文分析过了，它是在NMS中被初始化的，用于对添加的窗口类型进行校验。当用户禁掉通知权限时，由于AspectJ的存在，最终会调用我们封装的MToast，但是MToast没有经过NMS，因此无法获取到这个属性，另外就算我们按照NMS的方法自己生成一个token，这个token也是没有添加TYPE_TOAST权限的，最终还是无法避免这个异常的发生。

源码中关键代码如下：

// 方法签名多了一个IBinder类型的token，它是在NMS中创建的
public void handleShow(IBinder windowToken) {
 ...
 if (mView != mNextView) {
     ...
     mWM = (WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE);
     mParams.x = mX;
     mParams.y = mY;
     mParams.verticalMargin = mVerticalMargin;
     mParams.horizontalMargin = mHorizontalMargin;
     mParams.packageName = packageName;
     mParams.hideTimeoutMilliseconds = mDuration == Toast.LENGTH_LONG ? LONG_DURATION_TIMEOUT : SHORT_DURATION_TIMEOUT;

     // 这里添加了token
     mParams.token = windowToken;

     if (mView.getParent() != null) {
         if (localLOGV) Log.v(TAG, "REMOVE! " + mView + " in " + this);
         mWM.removeView(mView);
     }
     ...

     try {
         // 8.0版本的系统，将这里的异常catch住了
         mWM.addView(mView, mParams);
         trySendAccessibilityEvent();
     } catch (WindowManager.BadTokenException e) {
         /* ignore */
     }
 }
}

> 解决方案

经过调研，发现Google对WindowManager的限制，让我们不得不放弃使用TYPE_TOAST类型的窗口替代Toast，也代表了我们上述使用WindowManager方案的终结。

斗争总结

我们的核心目标只是希望在用户关闭通知消息开关的情况下，能继续看到通知，所以我们使用了WindowManager添加自定义window的方式来替换Toast，但是在替换的过程中遇到了一些Toast的Crash异常，为了解决这些Crash，我们提出了使用自定义ToastHandler的方式来catch住异常，确保app正常运行。

在方案推广上，为了能用更少的人力，更高的效率完成替换，我们使用了AspectJ的方案。最后，在Android 7.1.1版本开始，由于Google对WindowManager的限制，导致这种使用自定义window的替换Toast的方式不再可行，我们便开始寻找替换Toast的其它可行方案。

替换Toast的可行方案

为了继续能让用户在禁掉通知权限的情况下，也能看到通知以及屏蔽上述Toast带来的Crash，我们经过调研、分析并尝试了以下几种方案。

1. 在7.1.1以上系统中继续使用WindowManager方式，只不过需要把type改为TYPE_PHONE等悬浮窗权限。
2. 使用Dialog、DialogFragment、PopupWindow等弹窗控件来实现一个通知。
3. 按照Snackbar的实现方式，找到一个可以添加布局的父布局，采用addView的方式添加通知。

以上几种方案的共同点是为了绕过通知权限的检查，即使用户禁掉了通知权限，我们自定义的通知依然可以不受影响的弹出来，但是也有很明显的缺陷，如下图：

经过对比，我们也采用了Snackbar替换Toast的方案，原因是Snackbar是Android自5.0系统推出MaterialDesign后官方推荐的控件，在交互友好性方面比Toast要好，例如：支持手势操作，支持与CoordinatorLayout联动等，Snackbar作为提示控件目前在市面上也被广泛使用，而其它方案有明显的缺陷如下：

首先，使用WindowManager添加悬浮窗的方式，虽然这种方式能和原生的Toast保持完美的一致性，但是需要的权限太高，坑也太多。TYPE_PHONE的权限要比TYPE_TOAST权限敏感太多，而且在Android 8.0系统上必须使用TYPE_APPLICATION_OVERLAY这个type，并且要申请以下两个权限，这两个权限不仅需要在清单文件中声明，而且绝大部分手机默认是关闭状态，需要我们引导用户开启，如果用户选择不开启，那么Toast还是不能弹出。同时还需要适配众多定制化ROM的国产机型。绕过了通知权限的坑，又跳入了悬浮窗权限的坑，这是不可取的。

<uses-permission android:name="android.permission.SYSTEM_ALERT_WINDOW"/>
<uses-permission android:name="android.permission.SYSTEM_OVERLAY_WINDOW"/>

其次，使用Dialog方式也有明显的缺陷，Dialog、DialogFragment、PopupWindow都严重依赖于Activity，没有Activity作为上下文时，它们是无法创建和显示的，并且简单的通知使用这种控件过重。此外，在UI展示和API一致性上，几乎和Toast没有什么关系，需要额外做封装的成本比较大。

遇到问题

我们在使用Snackbar替换Toast时遇到了以下两个问题：

1. Snackbar弹出的时候，被Dialog，PopupWindow等控件遮住。
2. Snackbar无法进行跨页面展示，这是Snackbar实现原理决定的。

解决方案

首先，为了满足自身业务的扩展性、灵活性，我们参照系统Snackbar的源码，进行了按需定制，比如多样化的样式扩展、进入进出的动画扩展、支持自定义布局的扩展等，接口更加丰富。一方面是为了解决以上遇到的问题，另一方面也是为了在业务的迭代过程中能快速开发和适配。以下是基本的类图依赖关系：

> 问题一解决

针对Snackbar弹出的时候，被Dialog，PopupWindow等控件遮住的问题，原因在于Snackbar依赖于View，当把Activity布局的View传给Snackbar做为Snackbar展示依赖的父View时，后面再弹Dialog，PopupWindow等控件，Snackbar就会被控件遮挡。正确的做法是直接把PopupWindow和Dialog所依赖的View传给Snackbar。那么我们定制化的Snackbar不仅支持传递这个View，也支持直接传递PopupWindow和Dialog的实例，上图中SnackbarBuilder的方法反应了这个改动。

> 问题二解决

比较复杂的问题是Snackbar不支持跨页面展示，我们在项目中有大量这样的代码：

Toast.makeText(this, "弹出消息", Toast.LENGTH_SHORT).show();
finish();

当直接把Toast替换成Snackbar后，这个消息会一闪而过，用户来不及查看，因为Snackbar依赖的Activity被销毁了，为了解决这个问题，我们一共探讨了三种方案：

方案一：

使用startActivityForResult替换所有跨页面展示的通知，也就是在A页面使用startActivityForResult跳转到B页面，把原本在B页面弹出Toast的逻辑，改写到A页面自己弹出Snackbar。

这种方案：优点在于责任清晰明确，页面被finish后应该展示什么通知以及应该由谁触发这个通知的展示，这个责任本身就在调用方；缺点在于代码改动比较大。因此我们舍弃了这种方案。

方案二：

用Application.ActivityLifecycleCallbacks全局监听Activity的生命周期，当一个页面关闭的时候，记录下Snackbar剩余需要展示的时间，在进入下一个Activity后，让没有展示完的Snackbar继续展示。

这种方案：优点在于代码改动量小；缺点在于在页面切换过程中，如果Snackbar没有展示结束，会出现一次闪烁。虽然在技术上这种方案很好，代码的侵入性极低，但是这个闪烁对于产品来说无法接受，因此这种方案也不做考虑。

方案三：

使用本地广播进行跨页面展示，这也是美团最终使用的解决方案，具体原理如下：

1. 在A页面跳转B页面前，使用当前传入的Context注册一个广播。
2. 在B页面finish之前，发送A在跳转前注册的广播，并把需要展示的消息使用Intent返回。
3. 在广播中获取A页面的实例，使用Snackbar展示B页面回传的消息，并把当前广播unRegister反注册掉。

这是方案一的自动化版本，为了达到自动化的效果和对原有代码的最小侵入性，我们设计了一个辅助类，就是上图中的SnackbarHelper，原理图如下：

SnackbarHelper提供统一的入口，接入成本低，只需要将原有使用context.startActivity()、context.startActivityForResult()、context.finish()的地方改成SnackBarHelper下面的同名方法即可。这样通过广播的方法完成了Snackbar的跨页面展示，业务方的代码修改量仅仅是改一下调用方式，改动极小。

结语

目前这套解决方案在美团业务中被广泛使用，能覆盖到绝大部分场景。通知的展现形式基本与Toast没有区别，不仅解决了用户在禁掉通知的情况下无法看到通知的困境，也降低了客诉率。

作者简介

子尧，美团点评高级工程师，2017年加入美团点评，负责平台搜索、平台首页等研发工作。

腾飞，美团点评资深工程师，2015年加入美团点评，平台基础业务组负责人，负责平台业务的迭代。