Android进程启动与Activity显示
前言
这段时间，leader安排的任务进行Android插件化，热修复相关的调研，对于插件化和热修复涉及到的核心技术点，在于对于类装载，资源装载的认识还有对于启动流程的熟悉，带着该任务，于是有了接下来，一系列的文章，从进程启动，Activity显示，Dex装载，资源装载，最后主流几个插件化，热修复源码实现的分析。本篇先从进程的启动，到一个Activity的显示流程出发分析。
启动一个进程
在Anroid中，进程是一个运行组件的容器，系统运行一个组件的时候，启动包含它的进程，当组件不再使用，进程会被关闭。AMS负责对应应用进程的启动。
开启一个新的进程，在AMS中首先调用addAppLocked
final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info, boolean isolated,
String abiOverride) {
ProcessRecord app;
if (!isolated) {
//从已经开启记录下的进程中查找进程记录
app = getProcessRecordLocked(info.processName, info.uid, true);
} else {
app = null;
}
//app为空的时候，创建一个新的进程，同时更新内部进程管理结构
if (app == null) {
app = newProcessRecordLocked(info, null, isolated, 0);
updateLruProcessLocked(app, false, null);
updateOomAdjLocked();
}
.....
if ((info.flags & PERSISTENT_MASK) == PERSISTENT_MASK) {
app.persistent = true;
app.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ;
}
if (app.thread == null && mPersistentStartingProcesses.indexOf(app) < 0) {
mPersistentStartingProcesses.add(app);
//调用进程的启动方法，启动一个新的进程
startProcessLocked(app, "added application", app.processName, abiOverride,
null /* entryPoint */, null /* entryPointArgs */);
}
return app;
}
首先会从已经启动的进程中查找相应的进程信息，ProcessRecord，如果不存在则会创建一个出来，然后调用startProcessLocked方法，来开启一个新的进程。
private final void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType,
String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs) {
//启动应用
....
Process.ProcessStartResult startResult = Process.start(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, debugFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, app.info.seinfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, entryPointArgs);
....
//发送定时消息，如果App的启动超时，则会ANR
synchronized (mPidsSelfLocked) {
this.mPidsSelfLocked.put(startResult.pid, app);
if (isActivityProcess) {
Message msg = mHandler.obtainMessage(PROC_START_TIMEOUT_MSG);
msg.obj = app;
mHandler.sendMessageDelayed(msg, startResult.usingWrapper
? PROC_START_TIMEOUT_WITH_WRAPPER : PROC_START_TIMEOUT);
}
}
....
}
进程的开启调用的是Process的start方法。
public static final ProcessStartResult start(final String processClass,
final String niceName,
int uid, int gid, int[] gids,
int debugFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
String seInfo,
String abi,
String instructionSet,
String appDataDir,
String[] zygoteArgs) {
try {
return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,
debugFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,
abi, instructionSet, appDataDir, zygoteArgs);
} catch (ZygoteStartFailedEx ex) {
}
}
start方法中，通过调用startViaZygote，通过zygote进程来开启一个新的进程。
private static ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass, ...){
//配置通过Zygote启动的参数，最终通过socket写入到Zygote进程，来开启一个新的进程
}
方法的具体执行是通过socket将进程的启动信息，写入到zygote中，然后通过其启动一个新的进程，同时对于该进程，也指定了一个类作为执行的入口类，这个类就是ActivityThread。
entryPoint = "android.app.ActivityThread";
在start方法中的entryPoint，这个就是进程启动后要执行的Java类，进程启动后，所有操作就转交到ActivityThread的执行，因此，这个类也是整个应用执行的核心。这个类首先被执行的是其main函数。
image.png
public static void main(String[] args) {
...
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
Looper.loop();
....
}
ActivityThread的attach方法。
private void attach(boolean system) {
......
final IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();
try {
//调用AMS的attachApplication方法，传递ApplicationThread进去
mgr.attachApplication(mAppThread);
} catch (RemoteException ex) {
throw ex.rethrowFromSystemServer();
}
.....
}
Ams的attachApplication方法会调用到Ams的attachApplicationLocked方法，
thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, app.instrumentationClass,...)
这个方法的主要功能是创建出应用程序中的各种对象，是比较核心的方法。
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
// 注册当前UI线程到Runtime作为一个敏感线程
VMRuntime.registerSensitiveThread();
// 设置进程的启动时间
Process.setStartTimes(SystemClock.elapsedRealtime(), SystemClock.uptimeMillis());
// 创建进程的配置对象
mBoundApplication = data;
mConfiguration = new Configuration(data.config);
mCompatConfiguration = new Configuration(data.config);
//当版本低于Honeycomb MR1，将AsyncTask的实现通过使用线程池
if (data.appInfo.targetSdkVersion <= android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) {
AsyncTask.setDefaultExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR);
}
//设置应用的时区和应用的地区
TimeZone.setDefault(null);
LocaleList.setDefault(data.config.getLocales());
synchronized (mResourcesManager) {
mResourcesManager.applyConfigurationToResourcesLocked(data.config, data.compatInfo);
mCurDefaultDisplayDpi = data.config.densityDpi;
applyCompatConfiguration(mCurDefaultDisplayDpi);
}
// 创建Instrumentation
final InstrumentationInfo ii;
if (data.instrumentationName != null) {
try {
ii = new ApplicationPackageManager(null, getPackageManager())
.getInstrumentationInfo(data.instrumentationName, 0);
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to find instrumentation info for: " + data.instrumentationName);
}
mInstrumentationPackageName = ii.packageName;
mInstrumentationAppDir = ii.sourceDir;
mInstrumentationSplitAppDirs = ii.splitSourceDirs;
mInstrumentationLibDir = getInstrumentationLibrary(data.appInfo, ii);
mInstrumentedAppDir = data.info.getAppDir();
mInstrumentedSplitAppDirs = data.info.getSplitAppDirs();
mInstrumentedLibDir = data.info.getLibDir();
} else {
ii = null;
}
final ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(this, data.info);
updateLocaleListFromAppContext(appContext,
mResourcesManager.getConfiguration().getLocales());
// Continue loading instrumentation.
if (ii != null) {
final ApplicationInfo instrApp = new ApplicationInfo();
ii.copyTo(instrApp);
instrApp.initForUser(UserHandle.myUserId());
final LoadedApk pi = getPackageInfo(instrApp, data.compatInfo,
appContext.getClassLoader(), false, true, false);
final ContextImpl instrContext = ContextImpl.createAppContext(this, pi);
//
try {
final ClassLoader cl = instrContext.getClassLoader();
mInstrumentation = (Instrumentation)
cl.loadClass(data.instrumentationName.getClassName()).newInstance();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to instantiate instrumentation "
+ data.instrumentationName + ": " + e.toString(), e);
}
final ComponentName component = new ComponentName(ii.packageName, ii.name);
mInstrumentation.init(this, instrContext, appContext, component,
data.instrumentationWatcher, data.instrumentationUiAutomationConnection);
if (mProfiler.profileFile != null && !ii.handleProfiling
&& mProfiler.profileFd == null) {
mProfiler.handlingProfiling = true;
final File file = new File(mProfiler.profileFile);
file.getParentFile().mkdirs();
Debug.startMethodTracing(file.toString(), 8 * 1024 * 1024);
}
} else {
mInstrumentation = new Instrumentation();
}
//Application中指定了big heap，清除限制
if ((data.appInfo.flags&ApplicationInfo.FLAG_LARGE_HEAP) != 0) {
dalvik.system.VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();
} else {
dalvik.system.VMRuntime.getRuntime().clampGrowthLimit();
}
final StrictMode.ThreadPolicy savedPolicy = StrictMode.allowThreadDiskWrites();
try {
//生成Application对象
Application app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);
mInitialApplication = app;
.....
try {
//调用Instrumentation的onCreate方法
mInstrumentation.onCreate(data.instrumentationArgs);
}
catch (Exception e) {
}
try {
//调用Application的onCreate方法
mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
} catch (Exception e) {
}
} finally {
StrictMode.setThreadPolicy(savedPolicy);
}
}
至此一个应用进程被打开，同时其Instrumentation和Application的onCreate方法也被调用了，接下来就是Activity的执行。
ActivityThread mian函数执行
Activity启动到显示
从上面的进程启动可以得知每一个进程对应一个Application，对应一个ActivityThread，也对应这一个Instrumentation。对于Activity的启动会调用到其handleLaunchActivity方法。
handleLaunchActivity
private void handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent, String reason) {
....
WindowManagerGlobal.initialize();
Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);
if (a != null) {
handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward,
!r.activity.mFinished && !r.startsNotResumed, r.lastProcessedSeq, reason);
...
} else {
ActivityManagerNative.getDefault()
.finishActivity(r.token, Activity.RESULT_CANCELED, null,
Activity.DONT_FINISH_TASK_WITH_ACTIVITY);
}
}
该方法首先对WindowManagerGlobal做了初始化操作，然后调用了performLaunchActivity方法，返回一个Activity对象后，返回对象伪非空，则调用handleResumeActivity。如果为空调用ActivityManager的finishActivity方法。对于启动，这里performLaunchActivity和handleResumeActivity两个方法是核心。接下来将针对这两个方法来进行分析。
private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {
//获取该Activity的包信息，这里为LoadedApk类型
ActivityInfo aInfo = r.activityInfo;
if (r.packageInfo == null) {
r.packageInfo = getPackageInfo(aInfo.applicationInfo, r.compatInfo,
Context.CONTEXT_INCLUDE_CODE);
}
...
//创建Activity实例
java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();
activity = mInstrumentation.newActivity(
cl, component.getClassName(), r.intent);
//获取Application实例
Application app = r.packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);
//创建窗口实例，并调用activity的attch方法，attach该窗口
Window window = null;
if (r.mPendingRemoveWindow != null && r.mPreserveWindow) {
window = r.mPendingRemoveWindow;
r.mPendingRemoveWindow = null;
r.mPendingRemoveWindowManager = null;
}
activity.attach(appContext, this, getInstrumentation(), r.token,r.ident, app, r.intent, r.activityInfo, title, r.parent,r.embeddedID, r.lastNonConfigurationInstances, config,
r.referrer, r.voiceInteractor, window);
....
//为Activity设置主题
int theme = r.activityInfo.getThemeResource();
if (theme != 0) {
activity.setTheme(theme);
}
....
//调用该Activity的onCreate方法
mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state, r.persistentState);
....
mActivities.put(r.token, r);
...
}
首先根据Activity的信息来获取相关的包信息，这里调用了getPackInfo来获得相关的包信息。得到一个LoadedApk类型来表示当前的Activity的包信息。
public final LoadedApk getPackageInfo(String packageName, CompatibilityInfo compatInfo,
int flags) {
return getPackageInfo(packageName, compatInfo, flags, UserHandle.myUserId());
}
其中包含了Activity相关的信息Application信息，资源目录等等。在获得了LoadedApk实例之后，调用其makApplication方法，我们会疑问，在启动一个Activity的时候，难道每次都要创建一个Application对象吗？跟进源码。
public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,
Instrumentation instrumentation) {
if (mApplication != null) {
return mApplication;
}
....
//创建Application实例
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);
mActivityThread.mAllApplications.add(app);
mApplication = app;
//调用Application的onCreate方法
instrumentation.callApplicationOnCreate(app);
}
通过makeApplication的方法实现，我们可以看到其首先判断Application对象是否创建，如果没有创建，则初始化类装载器，然后创建Application对象，创建完成，则调用Application对象的onCreate方法。这里也就是我们所熟知的在我们自定义Application的时候重写的onCreate方法将会被调用。
继续回到上面代码的分析，这里的Activity通过类装载器被装载出来，然后实例化出一个对象，然后调用了其attach方法，进行了一系列信息的配置。然后调用了mInstrumentation，调用了callActivityOnCreate。同时也会将我们的Activity添加到mActivitys中，这里其定义如下。
final ArrayMap<IBinder, ActivityClientRecord> mActivities = new ArrayMap<>();
通过这段代码可以看到，调用了acticity的attach方法，跟进attach方法。
final void attach(Context context, ....,Window window) {
mWindow = new PhoneWindow(this, window);
mWindow.setWindowControllerCallback(this);
mWindow.setCallback(this);
mWindow.setOnWindowDismissedCallback(this);
.....
mWindow.setWindowManager( (WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE),
.....);
.....
mWindowManager = mWindow.getWindowManager();
}
至此，我们Activity中的Window已经被创建出来了。Window实际类型为PhoneWindow。同时为该Window设置了WindowManager。至此，我们虽然不了解Window是个什么东西，但是至少，我们可以知道的一点就是每一个Activity的创建是会有持有一个Window对象的。然后Instrumentation的callActivityOnCreate方法被调用。
callActivityOnCreate
public void callActivityOnCreate(Activity activity, Bundle icicle) {
prePerformCreate(activity);
activity.performCreate(icicle);
postPerformCreate(activity);
}
这里对于Activity的具体启动细节，我们不做关心，具体细节，接下来的源码分析会做介绍，这里先看一下Activity的performCreate方法。
final void performCreate(Bundle icicle) {
restoreHasCurrentPermissionRequest(icicle);
onCreate(icicle);
mActivityTransitionState.readState(icicle);
performCreateCommon();
}
这个时候调用了Activity的performCreate函数，调用了Activity的onCreate，我们一般会在onCreate中调用setContentView，进行我们布局文件的设置。这也是比较奇怪的一点，为什么，我们调用了该方法，传递一个xml布局文件，我们的View就显示出来了呢？这便是这次代码分析的核心，所有围绕的相关知识点也会在此被引出。接下来，让我们剥茧抽丝，逐层递进。
public void setContentView(@LayoutRes int layoutResID) {
getWindow().setContentView(layoutResID);
initWindowDecorActionBar();
}
此处的Window即为在attach中得到的PhoneWindow的实例。
public void setContentView(int layoutResID) {
if (mContentParent == null) {
installDecor();
} else if (!hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
mContentParent.removeAllViews();
}
if (hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
final Scene newScene = Scene.getSceneForLayout(mContentParent, layoutResID,
getContext());
transitionTo(newScene);
} else {
mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
}
...
}
首先判断mContentParent是否为空，mContentParent是用来放置contentView的，如果不为空则要清理掉所有的view，如果为null，调用installDecor()，其中，我们可以看到有调用对于transitions这个feature的判断，这个是在Android系统5.0之后添加的一个功能，可以用来实现Activity的过渡，同时还是实现Activity之间的元素共享，使得Activity间切换更加的丝滑流畅。这里对于该场景不做分析，我们跳过看其具体的View装载，然后调用了
mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
private void installDecor() {
mDecor = generateDecor(-1);
....
mContentParent = generateLayout(mDecor);
...
//过渡动画，标题，logo，UI选项的显示处理
}
在installDecor中，首先调用了generateDecor方法，然后根据创建的DecorView，来生成ContentView。
protected DecorView generateDecor(int featureId) {
Context context;
if (mUseDecorContext) {
Context applicationContext = getContext().getApplicationContext();
if (applicationContext == null) {
context = getContext();
} else {
context = new DecorContext(applicationContext, getContext().getResources());
if (mTheme != -1) {
context.setTheme(mTheme);
}
}
} else {
context = getContext();
}
return new DecorView(context, featureId, this, getAttributes());
}
根据是否使用DecorContext来创建相应的context，然后利用该Context来创建DecorView。那么这个DecorView到底是个什么呢？
public class DecorView extends FrameLayout
DecorView其实就是一个FrameLayout。这个FrameLayout则是我们所看到的Activity试图的根View，在创建了一个DecorView之后，又根据这个DecorView实例来创建了ContentView。
这里创建的DecorView其实是一个FrameLayout,
由上面函数可以看出，mContentParent是和mDecor有关的，下面来看一下ContentParent的创建过程。
protected ViewGroup generateLayout(DecorView decor) {
...
//根据样式，选择相应的资源文件，进行相应的资源装载
mDecor.startChanging();
mDecor.onResourcesLoaded(mLayoutInflater, layoutResource);
ViewGroup contentParent = (ViewGroup)findViewById(ID_ANDROID_CONTENT);
...
return contentParent;
}
开始之前调用了DecorView的onResourcesLoaded，然后通过findViewById的方式，返回一个VieGroup作为contentParent。这里的findViewById的实现在基类Window中。
public View findViewById(@IdRes int id) {
return getDecorView().findViewById(id);
}
onResourcesLoaded的方法如下。
void onResourcesLoaded(LayoutInflater inflater, int layoutResource) {
....
mDecorCaptionView = createDecorCaptionView(inflater);
final View root = inflater.inflate(layoutResource, null);
if (mDecorCaptionView != null) {
if (mDecorCaptionView.getParent() == null) {
addView(mDecorCaptionView,
new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));
}
mDecorCaptionView.addView(root,
new ViewGroup.MarginLayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));
} else {
addView(root, 0, new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));
}
mContentRoot = (ViewGroup) root;
initializeElevation();
}
根据相应的UI样式配置，选择合适的布局资源文件，然后通过inflate装载相应的资源文件，创建ContentView，同时将其添加到DecorView中。
在创建了DecorView和ContentParent之后，接下来，则利用了我们传递的xml布局文件id。
mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
LayoutInflater中inflate的实现如下
public View inflate(@LayoutRes int resource, @Nullable ViewGroup root) {
return inflate(resource, root, root != null);
}
public View inflate(@LayoutRes int resource, @Nullable ViewGroup root, boolean attachToRoot) {
final Resources res = getContext().getResources();
final XmlResourceParser parser = res.getLayout(resource);
try {
return inflate(parser, root, attachToRoot);
} finally {
parser.close();
}
}
public View inflate(XmlPullParser parser, @Nullable ViewGroup root, boolean attachToRoot) {
....
final View temp = createViewFromTag(root, name, inflaterContext, attrs);
....
if (root != null && attachToRoot) {
root.addView(temp, params);
}
...
}
根据我们的布局文件ID，创建出一个View，然后将该View添加到我们的contentView之中。在setContentView中，当我们结束了instalDecor方法之后，会调用initWindowDecorActionBar来进行ActionBar的初始化操作，创建ActionBar。
private void initWindowDecorActionBar() {
Window window = getWindow();
window.getDecorView();
if (isChild() || !window.hasFeature(Window.FEATURE_ACTION_BAR) || mActionBar != null) {
return;
}
mActionBar = new WindowDecorActionBar(this);
mActionBar.setDefaultDisplayHomeAsUpEnabled(mEnableDefaultActionBarUp);
mWindow.setDefaultIcon(mActivityInfo.getIconResource());
mWindow.setDefaultLogo(mActivityInfo.getLogoResource());
}
handleResumeActivity
通过performLaunchActivity，我们已经装载出了资源，同时创建了DecorView和contentParentView，同时也完成了Window的创建，同时也将我们设置的资源文件，装载出来成为了View。但是我们知道一个Activity可见时，我们的onResume方法是被调用的了，在performLaunchActivity被调用之后又调用了handleResumeActivity()。
final void handleResumeActivity(IBinder token,
boolean clearHide, ....) {
ActivityClientRecord r = mActivities.get(token);
...
r = performResumeActivity(token, clearHide, reason);
if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {
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 (r.mPreserveWindow) {
a.mWindowAdded = true;
r.mPreserveWindow = false;
ViewRootImpl impl = decor.getViewRootImpl();
if (impl != null) {
impl.notifyChildRebuilt();
}
}
if (a.mVisibleFromClient && !a.mWindowAdded) {
a.mWindowAdded = true;
wm.addView(decor, l);
}
}
该方法首先调用了performResumeActivity函数。performResumeActivity中进行了大量的状态相关的判断，而对于首次启动的分析，我们所关心的核心就是其调用了Activity的performResume，也就是Activity的onResume函数被调用了。
public final ActivityClientRecord performResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide, String reason) {
...
r.activity.performResume();
...
}
最开始调用了Activity的Resume 函数，然后进行了后续的调用。这里看到一个ViewRootImpl中，通过decor调用getViewRootImpl()来获得
public ViewRootImpl getViewRootImpl() {
if (mAttachInfo != null) {
return mAttachInfo.mViewRootImpl;
}
return null;
}
该方法中核心代码为
wm.addView(decor, l);
调用了WindowManager的addView方法，来添加当前的DecorView。
@Override
public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
applyDefaultToken(params);
mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
}
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
Display display, Window parentWindow) {
....
ViewRootImpl root;
View panelParentView = null;
....
root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
view.setLayoutParams(wparams);
....
mViews.add(view);
mRoots.add(root);
mParams.add(wparams);
....
// do this last because it fires off messages to start doing things
root.setView(view, wparams, panelParentView);
}
在WindowManager中的addView调用了WindowManagerGlobal的addView方法，在最开始的时候，我们调用过
WindowManagerGlobal.initialize();
WindowManagerGlobal是个单例类，其保证了对于整个应用层，只具备一个WindowManagerService。同时其具备三个ArryList，分别保存一个应用的根View，ViewRootImpl和LayoutParams，该方法，创建了一个ViewRootImpl实例，然后将View，ViewRoot，LayoutParams添加到相应的ArrayList中，最后调用ViewRoot的setView方法。这里的setView方法会将其设置为自身的View，以后的绘制等事件都交给ViewRootImpl来实现。绘制涉及到布局，测量，绘制三个环节，具体的过程此处不再展开，本篇主要目的是为了接下来的插件化和热修复做一个基础。
总结
至此，我们已经知道了从一个Activity的启动到我们的View逐步被创建的过程，但是这里并没有涉及到绘制相关的内容，那么这个View最终如何绘制出来的呢？接下来，我们首先从ViewRootImpl来切入做分析，逐步理清楚接下来做的事情。
