前端错误监控-Sentry自动捕获前端应用异常原理

常见的前端异常及其捕获方式

前端异常通常可以分为以下几种类型:

js 代码执行时异常；
promise 类型异常；
资源加载类型异常；
网络请求类型异常；
跨域脚本执行异常；
不同类型的异常，捕获方式不同。

js 代码执行时异常

js 代码执行异常，是我们经常遇到异常。这一类型的异常，又可以具体细分为:

Error，最基本的错误类型，其他的错误类型都继承自该类型。通过 Error，我们可以自定义 Error 类型。
RangeError: 范围错误。当出现堆栈溢出(递归没有终止条件)、数值超出范围(new Array 传入负数或者一个特别大的整数)情况时会抛出这个异常。
ReferenceError，引用错误。当一个不存在的对象被引用时发生的异常。
SyntaxError，语法错误。如变量以数字开头；花括号没有闭合等。
TypeError，类型错误。如把 number 当 str 使用。
URIError，向全局 URI 处理函数传递一个不合法的 URI 时，就会抛出这个异常。如使用 decodeURI('%')、decodeURIComponent('%')。
EvalError，一个关于 eval 的异常，不会被 javascript 抛出。

具体详见: Error - JavaScript - MDN Web Docs - Mozilla

通常，我们会通过 try...catch 语句块来捕获这一类型异常。如果不使用 try...catch，我们也可以通过 window.onerror = callback 或者 window.addEventListener('error', callback) 的方式进行全局捕获。

promise 类异常

在使用 promise 时，如果 promise 被 reject 但没有做 catch 处理时，就会抛出 promise 类异常。

Promise.reject(); // Uncaught (in promise) undefined

promise 类型的异常无法被 try...catch 捕获，也无法被 window.onerror = callback 或者 window.addEventListener('error', callback) 的方式全局捕获。针对这一类型的异常, 我们需要通过 window.onrejectionhandled = callback 或者 window.addListener('rejectionhandled'， callback) 的方式去全局捕获。

静态资源加载类型异常

如果我们页面的img、js、css 等资源链接失效，就会提示资源类型加载如异常。

 // Get localhost:3000/data.png net::ERR_FILE_NOT_FOUND

针对这一类的异常，我们可以通过 window.addEventListener('error', callback, true) 的方式进行全局捕获。

这里要注意一点，使用 window.onerror = callback 的方式是无法捕获静态资源类异常的。

原因是资源类型错误没有冒泡，只能在捕获阶段捕获，而 window.onerror 是通过在冒泡阶段捕获错误，对静态资源加载类型异常无效，所以只能借助 window.addEventListener('error', callback, true) 的方式捕获。

接口请求类型异常

在浏览器端发起一个接口请求时，如果请求的 url 的有问题，也会抛出异常。

不同的请求方式，异常捕获方式也不相同:

接口调用是通过 fetch 发起的

我们可以通过 fetch(url).then(callback).catch(callback) 的方式去捕获异常。

接口调用通过 xhr 实例发起

如果是 xhr.open 方法执行时出现异常，可以通过 window.addEventListener('error', callback) 或者 window.onerror 的方式捕获异常。

xhr.open('GET', "https://")  // Uncaught DOMException: Failed to execute 'open' on 'XMLHttpRequest': Invalid URL
at ....

如果是 xhr.send 方法执行时出现异常，可以通过 xhr.onerror 或者 xhr.addEventListener('error', callback) 的方式捕获异常。

xhr.open('get'， '/user/userInfo');
xhr.send();  // send localhost:3000/user/userinfo net::ERR_FAILED

跨域脚本执行异常

当项目中引用的第三方脚本执行发生错误时，会抛出一类特殊的异常。这类型异常和我们刚才讲过的异常都不同，它的 msg 只有 'Script error' 信息，没有具体的行、列、类型信息。

之以会这样，是因为浏览器的安全机制: 浏览器只允许同域下的脚本捕获具体异常信息，跨域脚本中的异常，不会报告错误的细节。

针对这类型的异常，我们可以通过 window.addEventListener('error', callback) 或者 window.onerror 的方式捕获异常。

如果我们想获取这类异常的详情，需要做以下两个操作:

在发起请求的 script 标签上添加 crossorigin="anonymous";
请求响应头中添加 Access-Control-Allow-Origin: *；

这样就可以获取到跨域异常的细节信息了。

Sentry 异常监控原理

有效的异常监控需要哪些必备要素

异常监控的核心作用就是通过上报的异常，帮开发人员及时发现线上问题并快速修复。

要达到这个目的，异常监控需要做到以下 3 点:

线上应用出现异常时，可以及时推送给开发人员，安排相关人员去处理。

上报的异常，含有异常类型、发生异常的源文件及行列信息、异常的追踪栈信息等详细信息，可以帮助开发人员快速定位问题。

可以获取发生异常的用户行为，帮助开发人员、测试人员重现问题和测试回归。

这三点，分别对应异常自动推送、异常详情获取、用户行为获取。

异常详情获取

为了能自动捕获应用异常，Sentry 劫持覆写了 window.onerror 和 window.unhandledrejection 这两个 api。

劫持覆写 window.onerror 的代码如下:

oldErrorHandler = window.onerror;
window.onerror = function (msg, url, line, column, error) {
    // 收集异常信息并上报
    triggerHandlers('error', {
        column: column,
        error: error,
        line: line,
        msg: msg,
        url: url,
    });
    if (oldErrorHandler) {
        return oldErrorHandler.apply(this, arguments);
    }
    return false;
};

劫持覆写 window.unhandledrejection 的代码如下:

oldOnUnhandledRejectionHandler = window.onunhandledrejection;
window.onunhandledrejection = function (e) {
    // 收集异常信息并上报
    triggerHandlers('unhandledrejection', e);
    if (oldOnUnhandledRejectionHandler) {
        return oldOnUnhandledRejectionHandler.apply(this, arguments);
    }
    return true;
};

虽然通过劫持覆写 window.onerror 和 window.unhandledrejection 已足以完成异常自动捕获，但为了能获取更详尽的异常信息, Sentry 在内部做了一些更细微的异常捕获。

具体来说，就是 Sentry 内部对异常发生的特殊上下文，做了标记。这些特殊上下文包括: dom 节点事件回调、setTimeout / setInterval 回调、xhr 接口调用、requestAnimationFrame 回调等。

举个，如果是 click 事件的 handler 中发生了异常， Sentry 会捕获这个异常，并将异常发生时的事件 name、dom 节点描述、handler 函数名等信息上报。

具体处理逻辑如下:

标记 setTimeout / setInterval / requestAnimationFrame
为了标记 setTimeout / setInterval / requestAnimationFrame 类型的异常，Sentry 劫持覆写了原生的 setTimout / setInterval / requestAnimationFrame 方法。新的 setTimeout / setInterval / requestAnimationFrame 方法调用时，会使用 try ... catch 语句块包裹 callback。

具体实现如下:

var originSetTimeout = window.setTimeout;
window.setTimeout = function() {
    var args = [];
    for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
        args[_i] = arguments[_i];
    }
    var originalCallback = args[0];
    // wrap$1 会对 setTimeout 的入参 callback 使用 try...catch 进行包装
    // 并在 catch 中上报异常
    args[0] = wrap$1(originalCallback, {
        mechanism: {
            data: { function: getFunctionName(original) },
            handled: true,
            // 异常的上下文是 setTimeout
            type: 'setTimeout',
        },
    });
    return original.apply(this, args);
}

当 callback 内部发生异常时，会被 catch 捕获，捕获的异常会标记 setTimeout。
由于 setInterval、requestAnimationFrame 的劫持覆写逻辑和 setTimeout 基本一样，这里就不再重复说明了，感兴趣的小伙伴们可自行实现。
标记 dom 事件 handler
所有的 dom 节点都继承自 window.Node 对象，dom 对象的 addEventListener 方法来自 Node 的 prototype 对象。
为了标记 dom 事件 handler，Sentry 对 Node.prototype.addEventListener 进行了劫持覆写。新的 addEventListener 方法调用时，同样会使用 try ... catch 语句块包裹传入的 handler。
相关代码实现如下:

function xxx() {
    var proto = window.Node.prototype;
    ...
    // 覆写 addEventListener 方法fill(proto, 'addEventListener', function (original) {
        
        return function (eventName, fn, options) {
            try {
                if (typeof fn.handleEvent === 'function') {
                    // 使用 try...catch 包括 handle
                    fn.handleEvent = wrap$1(fn.handleEvent.bind(fn), {
                        mechanism: {
                            data: {
                                function: 'handleEvent',
                                handler: getFunctionName(fn),
                                target: target,
                            },
                            handled: true,
                            type: 'instrument',
                        },
                    });
                }
            }
            catch (err) {}
            return original.apply(this, [
                eventName,
                wrap$1(fn, {
                    mechanism: {
                        data: {
                            function: 'addEventListener',
                            handler: getFunctionName(fn),
                            target: target,
                        },
                        handled: true,
                        type: 'instrument',
                    },
                }),
                options,
            ]);
        };
    });
}

当 handler 内部发生异常时，会被 catch 捕获，捕获的异常会被标记 handleEvent, 并携带 event name、event target 等信息。

其实，除了标记 dom 事件回调上下文，Sentry 还可以标记 Notification、WebSocket、XMLHttpRequest 等对象的事件回调上下文。可以这么说，只要一个对象有 addEventListener 方法并且可以被劫持覆写，那么对应的回调上下文会可以被标记。

标记 xhr 接口回调

为了标记 xhr 接口回调，Sentry 先对 XMLHttpRequest.prototype.send 方法劫持覆写, 等 xhr 实例使用覆写以后的 send 方法时，再对 xhr 对象的 onload、onerror、onprogress、onreadystatechange 方法进行了劫持覆写, 使用 try ... catch 语句块包裹传入的 callback。

具体代码如下:

fill(XMLHttpRequest.prototype, 'send', _wrapXHR);

function _wrapXHR(originalSend) {
    return function () {
        var args = [];
        for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
            args[_i] = arguments[_i];
        }
        var xhr = this;
        var xmlHttpRequestProps = ['onload', 'onerror', 'onprogress', 'onreadystatechange'];
        // 劫持覆写
        xmlHttpRequestProps.forEach(function (prop) {
            if (prop in xhr && typeof xhr[prop] === 'function') {
                // 覆写
                fill(xhr, prop, function (original) {
                    var wrapOptions = {
                        mechanism: {
                            data: {
                                // 回调触发的阶段
                                function: prop,
                                handler: getFunctionName(original),
                            },
                            handled: true,
                            type: 'instrument',
                        },
                    };
                    var originalFunction = getOriginalFunction(original);
                    if (originalFunction) {
                        wrapOptions.mechanism.data.handler = getFunctionName(originalFunction);
                    }
                    return wrap$1(original, wrapOptions);
                });
            }
        });
        return originalSend.apply(this, args);
    };

当 callback 内部发生异常时，会被 catch 捕获，捕获的异常会被标记对应的请求阶段。

有了这些回调上下文信息的帮助，定位异常就更加方便快捷了。

用户行为获取

常见的用户行为，可以归纳为页面跳转、鼠标 click 行为、键盘 keypress 行为、 fetch / xhr 接口请求、console 打印信息。

Sentry 接入应用以后，会在用户使用应用的过程中，将上述行为一一收集起来。等到捕获到异常时，会将收集到的用户行为和异常信息一起上报。

那 Sentry 是怎么实现收集用户行为的呢？答案: 劫持覆写上述操作涉及的 api。

具体实现过程如下:

收集页面跳转行为

为了可以收集用户页面跳转行为，Sentry 劫持并覆写了原生 history 的 pushState、replaceState 方法和 window 的 onpopstate。

劫持覆写 onpopstate

// 使用 oldPopState 变量保存原生的 onpopstatevar oldPopState = window.onpopstate;
var lastHref;
// 覆写 onpopstatewindow.onpopstate = function() {
    ...
    var to = window.location.href;
    var from = lastHref;
    lastHref = to;
    // 将页面跳转行为收集起来triggerHandlers('history', {
        from: from,
        to: to,
    });
    if (oldOnPopState) {
        try {
            // 使用原生的 popstate return oldOnPopState.apply(this, args);
        } catch (e) {
            ...
        }
    }
    ...
}
复制代码

劫持覆写 pushState、replaceState

// 保存原生的 pushState 方法
var originPushState = window.history.pushState;
// 保存原生的 replaceState 方法
var originReplaceState = window.history.replaceState;

// 劫持覆写 pushState
window.history.pushState = function() {
    var args = [];
    for (var i = 0; i < arguments.length; i++) {
        args[i] = arguments[i];
    }
    var url = args.length > 2 ? args[2] : undefined;
    if (url) {
        var from = lastHref;
        var to = String(url);lastHref = to;
        // 将页面跳转行为收集起来
        triggerHandlers('history', {
            from: from,
            to: to,
        });
     }
     // 使用原生的 pushState 做页面跳转
     return originPushState.apply(this, args);
}

// 劫持覆写 replaceState
window.history.replaceState = function() {
    var args = [];
    for (var i = 0; i < arguments.length; i++) {
        args[i] = arguments[i];
    }
    var url = args.length > 2 ? args[2] : undefined;
    if (url) {
        var from = lastHref;
        var to = String(url);lastHref = to;
        // 将页面跳转行为收集起来
        triggerHandlers('history', {
            from: from,
            to: to,
        });
     }
     // 使用原生的 replaceState 做页面跳转
     return originReplaceState.apply(this, args);
}

收集鼠标 click / 键盘 keypress 行为

为了收集用户鼠标 click 和键盘 keypress 行为， Sentry 做了双保险操作:通过 document 代理 click、keypress 事件来收集 click、keypress 行为；通过劫持 addEventListener 方法来收集 click、keypress 行为；

相关代码实现如下：

function instrumentDOM() {
    ...
    // triggerDOMHandler 用来收集用户 click / keypress 行为var triggerDOMHandler = triggerHandlers.bind(null, 'dom');
    var globalDOMEventHandler = makeDOMEventHandler(triggerDOMHandler, true);

    // 通过 document 代理 click、keypress 事件的方式收集 click、keypress 行为document.addEventListener('click', globalDOMEventHandler, false);
    document.addEventListener('keypress', globalDOMEventHandler, false);

    ['EventTarget', 'Node'].forEach(function (target) {
        var proto = window[target] && window[target].prototype;
        if (!proto || !proto.hasOwnProperty || !proto.hasOwnProperty('addEventListener')) {
            return;
        }

        // 劫持覆写 Node.prototype.addEventListener 和 EventTarget.prototype.addEventListenerfill(proto, 'addEventListener', function (originalAddEventListener) {
            
            // 返回新的 addEventListener 覆写原生的 addEventListenerreturn function (type, listener, options) {
                
                // click、keypress 事件，要做特殊处理，if (type === 'click' || type == 'keypress') {
                    try {
                        var el = this;
                        var handlers_1 = (el.__sentry_instrumentation_handlers__ = el.__sentry_instrumentation_handlers__ || {});
                        var handlerForType = (handlers_1[type] = handlers_1[type] || { refCount: 0 });
                        // 如果没有收集过 click、keypress 行为if (!handlerForType.handler) {
                            var handler = makeDOMEventHandler(triggerDOMHandler);
                            handlerForType.handler = handler;
                            originalAddEventListener.call(this, type, handler, options);
                        }
                        handlerForType.refCount += 1;
                    }
                    catch (e) {
                        // Accessing dom properties is always fragile.// Also allows us to skip `addEventListenrs` calls with no proper `this` context.
                    }
                }
                // 使用原生的 addEventListener 方法注册事件return originalAddEventListener.call(this, type, listener, options);
            };
        });
        ...
    });
}

整个实现过程还是非常巧妙的，很值得拿来细细说明。

首先， Sentry 使用 document 代理了 click、keypress 事件。通过这种方式，用户的 click、keypress 行为可以被感知，然后被 Sentry 收集。

但这种方式有一个问题，如果应用的 dom 节点是通过 addEventListener 注册了 click、keypress 事件，并且在事件回调中做了阻止事件冒泡的操作，那么就无法通过代理的方式监控到 click、keypress 事件了。

针对这一种情况， Sentry 采用了覆写Node.prototype.addEventListener 的方式来监控用户的 click、keypress 行为。

由于所有的 dom 节点都继承自 Node 对象，Sentry 劫持覆写了Node.prototype.addEventListener。当应用代码通过 addEventListener 订阅事件时，会使用覆写以后的 addEventListener 方法。

新的 addEventListener 方法，内部里面也有很巧妙的实现。如果不是 click、keypress 事件，会直接使用原生的 addEventListener 方法注册应用提供的 listener。但如果是 click、keypress 事件，除了使用原生的 addEventListener 方法注册应用提供的 listener 外，还使用原生 addEventListener 注册了一个 handler，这个 handler 执行的时候会将用户 click、keypress 行为收集起来。

也就是说，如果是 click、keypress 事件，应用程序在调用 addEventListener 的时候，实际上是调用了两次原生的 addEventListener。

另外，在收集 click、keypress 行为时，Sentry 还会把 target 节点的的父节点信息收集起来，帮助我们快速定位节点位置

收集 fetch / xhr 接口请求行为

同理，为了收集应用的接口请求行为，Sentry 对原生的 fetch 和 xhr 做了劫持覆写。

劫持覆写 fetch

var originFetch = window.fetch;

window.fetch = function() {

    var args = [];
    for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
        args[_i] = arguments[_i];
    }
    // 获取接口 url、method 类型、参数、接口调用时间信息var handlerData = {
        args: args,
        fetchData: {
            method: getFetchMethod(args),
            url: getFetchUrl(args),
        },
        startTimestamp: Date.now(),
    };
    // 收集接口调用信息triggerHandlers('fetch', __assign({}, handlerData));
    return originalFetch.apply(window, args).then(function (response) {
        // 接口请求成功，收集返回数据triggerHandlers('fetch', __assign(__assign({}, handlerData), { endTimestamp: Date.now(), response: response }));
        return response;
    }, function (error) {
        // 接口请求失败，收集接口异常数据triggerHandlers('fetch', __assign(__assign({}, handlerData), { endTimestamp: Date.now(), error: error }));
        throw error;
    });
}
复制代码

应用中使用 fetch 发起请求时，实际使用的是新的 fetch 方法。新的 fetch 内部，会使用原生的 fetch 发起请求，并收集接口请求数据和返回结果。

劫持覆写 xhr

function instrumentXHR() {
    ...
    var xhrproto = XMLHttpRequest.prototype;
    // 覆写 XMLHttpRequest.prototype.openfill(xhrproto, 'open', function (originalOpen) {
        return function () {
            ...
            var onreadystatechangeHandler = function () {
                if (xhr.readyState === 4) {
                    ...

                    // 收集接口调用结果triggerHandlers('xhr', {
                        args: args,
                        endTimestamp: Date.now(),
                        startTimestamp: Date.now(),
                        xhr: xhr,
                    });
                }
            };
            // 覆写 onreadystatechangeif ('onreadystatechange' in xhr && typeof xhr.onreadystatechange === 'function') {
                fill(xhr, 'onreadystatechange', function (original) {
                    return function () {
                        var readyStateArgs = [];
                        for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
                            readyStateArgs[_i] = arguments[_i];
                        }
                        onreadystatechangeHandler();
                        return original.apply(xhr, readyStateArgs);
                    };
                });
            }
            else {
                xhr.addEventListener('readystatechange', onreadystatechangeHandler);
            }
            return originalOpen.apply(xhr, args);
        };
    });

    // 覆写 XMLHttpRequest.prototype.sendfill(xhrproto, 'send', function (originalSend) {
        return function () {
            ...
            // 收集接口调用行为triggerHandlers('xhr', {
                args: args,
                startTimestamp: Date.now(),
                xhr: this,
            });
            return originalSend.apply(this, args);
        };
    });
}

复制代码

Sentry 是通过劫持覆写 XMLHttpRequest 原型上的 open、send 方法的方式来实现收集接口请求行为的。

当应用代码中调用 open 方法时，实际使用的是覆写以后的 open 方法。在新的 open 方法内部，又覆写了 onreadystatechange，这样就可以收集到接口请求返回的结果。新的 open 方法内部会使用调用原生的 open 方法。

同样的，当应用代码中调用 send 方法时，实际使用的是覆写以后的 send 方法。新的 send 方法内部先收集接口调用信息，然后调用原生的 send 方法。

收集 console 打印行为

有了前面的铺垫，console 行为的收集机制理解起来就非常简单了，实际就是对 console 的 debug、info、warn、error、log、assert 这借个 api 进行劫持覆写。

代码如下:

var originConsoleLog = console.log;console.log = function() {
    var args = [];
    for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
        args[_i] = arguments[_i];
    }
    // 收集 console.log 行为
    triggerHandlers('console', { args: args, level: 'log' });
    if (originConsoleLog) {
        originConsoleLog.apply(console, args);
    }
}

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本文名称：前端错误监控-Sentry自动捕获前端应用异常原理
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