安卓应用启动简介

2018-07-05 本文已影响45人许峻华

安卓系统中，组件，应用，与进程的关系：
1. 一个组件需要依附于一个应用（其对应Application类必须先初始化，ContentProvider除外，看后面）
2. 一个应用可以拥有多个进程（其Application对象在每个进程中被初始化一遍）
3. 一个进程可以承载多个应用（一个进程可以拥有多个Application对象）
例子：
1. 通常情况，一个应用运行与一个进程，对应一个Application对象
2. 一个应用中，某些组件在注册清单中指定了不同进程，则启动时会将这些组件在对应进程中启动，且在这之前，会在每个对应进程中初始化这个应用的Application对象。
3. 一个进程承载多个应用，若多个应用指定相同UID，且拥有相同签名，则这些应用可以运作在同一个进程，则每个应用的Application都会在这个进程中初始化
四大组件的启动都涉及到进程和应用的启动，我们这里以最常见的Activity的启动来解析安卓应用的启动流程，以下是Activity的启动分类：

Activity启动分类.png

四种判断结果分别各举一例情况：

Activity已经以SingleTask，SingleTop，SingleInstance 模式启动，当有其它意图再次启动该Activity 时，不再重复创建实例，当前Activity走onNewIntent方法，获取外部传入的数据，并根据当前Activity所处的情况，走其它生命周期。
1. Activity以普通启动模式，此情况为一般情况，直接创建Activity实例，并走生命周期。
2. UserId和签名相同的应用可以运行于同一个进程中，当需要启动应用时，若判断出这个进程已经启动，则在对应进程中，完成应用的Application的实例化和生命周期，再完成Activity的实例化与生命周期。
3. 在进程也不存在的情况下，则先让进程启动，完成初始化工作，再在进程完成Application的实例化与生命周期，再让后完成Activity的实例化与生命周期。
以及具体分析第四种情况，即需要启动的Activity所需依附的进程未启动

概念明确：
1. 安卓的四大组件的管理全部由ActivityManagerService（以下简称AMS）及其几个协助类完成，启动Activity时，我们需要向AMS发出我们的启动意图，AMS会解析意图，并作出对应的处理。
2. Binder作为安卓的IPC机制，其分为C/S两端。Server端接收Client端发过来的数据并作出处理，并返回处理结果。
3. Binder服务端的对象，当被Binder客户端跨进程调用时，其方法的执行是在Binder线程里。
4. Binder分为匿名Binder和有名Binder，有名可以直接通过ServiceManager获取，即通过键名查询到对应的Binder。匿名Binder未将自己注册到ServiceManager，所以不能通过键名获取到。
5. AMS本身为Binder子类，为一个Binder服务端，工作在system_server进程，其在系统启动时将自己注册入ServiceManager，所以其为有名Binder，与服务端对应的客户端BinderProxy对象存在于各个应用进程里，但通常使用其封装类ActivityManagerProxy（AMP），与AMS完成远程调用。
6. Binder可以通过Binder传递，要使用匿名Binder，需要先利用其它Binder获取到这个匿名Binder，如应用进程就在启动时将自己的匿名Binder ApplicationThread通过AMS/AMP传递给了system_server进程，这样system_server进程就存有了应用进程的Binder客户端，可以通过这个客户端调用应用进程的方法，从而实现对应用的管理。
7. Instrumentation，用于管理应用程序和系统（主要与应用程序内的Activity）的交互过程，如startActivity时由Instrumentation对象将请求发往AMS,而系统对组件管理通Instrumentation对象实现，如Activity对象创建与生命周期的调用，Instrumentation将在应用初始化时被初始化，每个进程只会存在一个Instrumentation对象，且每个Activity都有此对象的引用，
8. AMS 对四大组件的管理具体实现是由几个类的协助完成的，ActivityStarter对应Activity，ActiveService 对应service，BroadcastQueue对应Broadcast。与Activity相关还涉及到ActivityStack和ActivityStackSupervisor，负责Activity，Task与Stack管理，Activity启动过程中，AMS，ActivityStarter，ActivityStack，ActivityStackSupervisor需要协同工作，以下我们称这几个类为AMS模块。
9. ActivityThread，与其内部类ApplicationThread协同，与AMS交互，其mian方法可以理解为应用进程的根方法，进程初始化完成后主线程会进入Looper循环，开始接收ApplicationThread转发过来的消息。
10. ApplicationThread，Binder子类，匿名Binder，作为Binder服务端，接收AMS发过来的消息，由于服务端的方法在Binder调用时都运行在Binder线程，所以需要再通过Hander转发到主线程中，ApplicationThread接收到的调用都会通过Handler再转到主线程中处理，对应的处理方法都是ActivityThread的方法。

启动流程：

调用流程.png

从startActivity开始，Activity重写了Context的startActivity方法，但大致流程是不变的，以下为Lancher应用启动一个应用时主线程的调用栈：
img
可以看出：
1. Activity的startActivity走了startActivityForResult方法
2. startActivityForResult调用了Instrumentation的execStartActivity方法
3. Instrumentation 最终调用AMP的startActivity，AMP会将Intent传递给AMS，所以现在system_server进程里就会有一个Binder线程会去调用AMS的startActivity 方法，这次调用中做了几件重要的事：
  1. 解析Intent，并根据pkms扫描到的信息，创建对应的ActivityRecord，每一个ActivityRecord对应一个应用进程中的Activity实例，ActivityRecord中还会创建这个Activity对应的唯一的token，其会在Activity创建时被传递给对应的Activity，
  2. 通知WMS，显示startWindow ，即对应应用Activity的主题里面windowBackground对应资源，这个窗口由system_server进程显示，不必等到应用进程启动后再显示，所以其启动速度很快。
  3. 远程调用当前前台Activity的schedulePause方法，对应Activity的主线程会走onPause生命周期。走完后，其会再通知AMS，它已经走完onPause，AMS开始准备启动目标Activity。
在ActivityStackSupervisor这个类中，判断出要启动的Activity所需要的进程还未启动，所以需要先启动其进程：
1. AMS 通知Zygote 进程启动一个应用进程，这个IPC是socket，Zygote 进程收到消息后fork出一个进程，这个进程就是新的Activity所需依附的应用进程，应用进程被fork出来之后，将AMS传递过来的参数配置给自己，然后就会反射调用ActivityThread的main方法。
2. 此时AMS对这个新进程还是无感知的，需要新进程主动‘联系’AMS，所以进程进入ActivityThread的main之后，主要做两件事：
  1. 实例化自身，进而实例化其成员变量ApplicationThread（匿名Binder服务端），通过AMP远程调用AMS的attachApplication方法，把自己的ApplicationThread传递给AMS模块，现在AMS就知道新进程已经创建完毕，并得到了其ApplicationThread客户端，可以通过这个Binder远程管理应用进程。
```
final IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();
try {
    mgr.attachApplication(mAppThread);
} catch (RemoteException ex) {
    // Ignore
}
```
  2. 调用Looper.prepareMainLooper 准备主线程Looper， Looper.loop() 进入循环，等待外界发来消息，此时，应用的进程初始化算完成，从被fork出来到配置参数，到将自己注册入AMS，再Loop主线程进入循环，等待外部消息。
3. 启动Application：
  
  以上完成了应用进程的初始化，AMS模块在收到应用进程发过来消息后，会连续做两件事，应用的启动和组件的启动，这里就是Activity的启动。
  
  AMS收到应用进程准备完毕的消息后，会通过传递过来的ApplicationThread，调用其bindApplication方法，然后在应用进程中，ApplicationThread将这消息转发给主线程，所以在ActivityThread中会走到handleBindApplication，这个方法里完成：
  1. Application的实例化，在LoadedApk里面完成，并添加到ActivityThead中的Application列表。
```
try {
    java.lang.ClassLoader cl = getClassLoader();
    if (!mPackageName.equals("android")) {
        initializeJavaContextClassLoader();
    }
    ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread, this);
    app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
            cl, appClass, appContext);
    appContext.setOuterContext(app);
} catch (Exception e) {
    if (!mActivityThread.mInstrumentation.onException(app, e)) {
        throw new RuntimeException(
            "Unable to instantiate application " + appClass
            + ": " + e.toString(), e);
    }
}
mActivityThread.mAllApplications.add(app);
mApplication = app;
```
```
mInitialApplication = app;
```
    并复制给mInitialApplication，这个变量保存安卓进程中第一个启动的Application，如果多个应用共享进程，那这个变量就是第一个启动的应用的Application
  2. ContentProvider的实例化和onCreate，并注册到AMS
  3. Application的onCreate
4. Activity的启动
  
  bindApplication之后，AMS模块接着就会调用realStartActivityLocked，同样是通过ApplicationThread，调用其scheduleLaunchActivity，同样通过Handler转到主线程，调用ActivityThread的handleLaunchActivity 方法，这里这个方法里完成几件事：
  1. Activity的对象创建，通过Instrumentation完成
  2. 调用Activity的attach，这里面会将一个contextImpl对象传递给Activity，Activity本身是ContextWrapper，很多操作是委托给contextImpl完成的，同时还会创PhoneWindow对象作为成员变量
  3. 走生命周期
```
if (r.isPersistable()) {
    mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state, r.persistentState);
} else {
    mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);
}
////////////////////
if (!r.activity.mFinished) {
    activity.performStart();
}
////////////////////
performResumeActivity(token, clearHide);
```
    分别会调用Activity的onCreate，onStart，onResume，方法
  4. 将视图添加到WMS
    
    从PhoneWindow拿到DecorView，调用WindowManager的addView，addView里面会走到WindowManagerGlobal里面，创建ViewRootImpl，完成与WMS的通信，之后开始绘制视图
```
r.window = r.activity.getWindow();
View decor = r.window.getDecorView();
decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
ViewManager wm = a.getWindowManager();
WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();
a.mDecor = decor;
l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;
l.softInputMode |= forwardBit;
if (a.mVisibleFromClient) {
    a.mWindowAdded = true;
    wm.addView(decor, l);
}
```

安卓应用启动简介

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