Android启动流程（Java层）

写在前面的话

目前打算是先把Android的启动流程包括luncher、Activity的启动以及Service启动，View的绘制，事件分发等进行分析，后面应该还会包括现阶段正在使用的框架MVVM的分析。可能是更新Android不会太久了，有点迷茫Android的未来到底在哪里，把握现在吧。
今天这部分讲解的是Android系统启动后加载各种服务的过程。

1 init

init是第一个进程，我们可以说它是root进程或者说有进程的父进程。init进程有两个责任，一是挂载目录，比如/sys、/dev、/proc，二是运行init.rc脚本。
init进程可以在/system/core/init找到。
init.rc文件可以在/system/core/rootdir/init.rc找到。
readme.txt可以在/system/core/init/readme.txt找到。
对于init.rc文件，Android中有特定的格式以及规则。在Android中，我们叫做Android初始化语言。

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2 Zygote加载进程

Zygote本意是受精卵，Android中可以理解为孵化器。Android的应用的进程都是由Zygote孵化而来，因此他们都有共同的ppid（父进程的id）

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3 SystemServer启动

Zygote启动完成后，Zygote创建新的进程去启动系统服务。我们都知道Android的进程间通信是通过binder机制，通过binder机制可以避免对某个服务的单独创建，所有的服务在系统启动后即创建完成。但是我们通过Context.getSystemService(String name)获的并不是我们的服务的代理类，我们获取的是各种Manager类。

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3.1 SystemServer启动流程

打开SystemServer.java ,我们可以看到它是一个含有main方法的类，Zygote启动系统服务时会调用这个main方法。

public static void main(String[] args) {
    new SystemServer().run();
}

main创建了SystemServer对象后，调用其run方法，下面是具体实现。

private void run() {
    try {
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, "InitBeforeStartServices");
        //进行时间校验
        if (System.currentTimeMillis() < EARLIEST_SUPPORTED_TIME) {
            Slog.w(TAG, "System clock is before 1970; setting to 1970.");
            SystemClock.setCurrentTimeMillis(EARLIEST_SUPPORTED_TIME);
        }
        //语言校验
        if (!SystemProperties.get("persist.sys.language").isEmpty()) {
            final String languageTag = Locale.getDefault().toLanguageTag();

            SystemProperties.set("persist.sys.locale", languageTag);
            SystemProperties.set("persist.sys.language", "");
            SystemProperties.set("persist.sys.country", "");
            SystemProperties.set("persist.sys.localevar", "");
        }
        
        ......
        //设置线程优先级
        android.os.Process.setThreadPriority(
            android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
        android.os.Process.setCanSelfBackground(false);
        
        //开启了一个Looper用于消息处理，此处和ActivityThread创建消息队列循环一致
        Looper.prepareMainLooper();
        //加载了android_servers.so，里面应该是各个server
        System.loadLibrary("android_servers");
        performPendingShutdown();
        //创建了系统的上下文Context 3.1.1
        createSystemContext();
        //将SystemServiceManager放入LocalServices中
        mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
        LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
    } finally {
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
    }

    try {
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, "StartServices");
        //启动关键services 3.2
        startBootstrapServices();
        //启动核心services 3.3
        startCoreServices();
        //启动其他services 3.4
        startOtherServices();
    } catch (Throwable ex) {
        Slog.e("System", "******************************************");
        Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
        throw ex;
    } finally {
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
    }

    if (StrictMode.conditionallyEnableDebugLogging()) {
        Slog.i(TAG, "Enabled StrictMode for system server main thread.");
    }
    //开启消息队列循环
    Looper.loop();
    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

run()方法中先对时间和语言进行校验后，创建了一个消息队列，并通过createSystemContext()方法创建SystemServer的上下文对象，之后开始启动引导services，接下来是核心services以及最后启动其他services。

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3.1.1 createSystemContext()过程

从名字中我们可以知道这个方法是用来创建系统的上下文对象，createSystemContext()中代码比较少，很容易理解。

private void createSystemContext() {
    //通过ActivityThread的systemMain()进行对象的创建 3.1.2
    ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
    //将上下文对象赋值
    mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
    mSystemContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME);
}

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3.1.2 Context创建的过程

ActivityThread创建的过程，不得不说谷歌的代码真是短小精悍啊。

public static ActivityThread systemMain() {
    if (!ActivityManager.isHighEndGfx()) {
        ThreadedRenderer.disable(true);
    } else {
        ThreadedRenderer.enableForegroundTrimming();
    }
    //好像注释都不需要了。
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(true);
    return thread;
}

接着我们来看thread.attach(true)方法。（参数我们传入的是true），这里只展示执行的代码。

private void attach(boolean system) {
    sCurrentActivityThread = this;
    mSystemThread = system;
    if (!system) {
       ......
    } else {
        // Don't set application object here -- if the system crashes,
        // we can't display an alert, we just want to die die die.
        //这句话挺有意思的。。。
        android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("system_process",
                UserHandle.myUserId());
        try {
            mInstrumentation = new Instrumentation();
            //创建context
            ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(
                    this, getSystemContext().mPackageInfo);
            mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);
            //调用Application的onCreate()方法
            mInitialApplication.onCreate();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(
                    "Unable to instantiate Application():" + e.toString(), e);
        }
    }
    DropBox.setReporter(new DropBoxReporter());

    ViewRootImpl.addConfigCallback(new ComponentCallbacks2() {......});
}

//对象不重复创建
public ContextImpl getSystemContext() {
    synchronized (this) {
        if (mSystemContext == null) {
            //创建系统的上下文
            mSystemContext = ContextImpl.createSystemContext(this);
        }
        return mSystemContext;
    }
}

代码比较简单，通过createAppContext方法创建一个上下文对象，并通过makeApplication方法创建Application，并调用onCreate()方法，最后调用getSystemContext()将上下文赋值给mSystemContext。这边对上下文的创建就到这里结束了，下面开始对各种服务启动的流程分析。

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3.2 startBootstrapServices()启动核心服务

启动核心服务的过程其实并没有多么的复杂，最开始被启动的是Installer，即系统安装apk时的一个服务类，启动完成Installer服务之后才能启动其他的系统服务，之后启动AMS，PowerManagerService，LightsService，DisplayManagerService......，核心代码如下：

private void startBootstrapServices() {
    //系统安装apk时的一个服务类，启动完成Installer服务之后才能启动其他的系统服务
    //直接翻译了源码注释（有点无耻哈）。
    //等待installd完成启动，以便它有机会创建具有适当权限的关键目录，如/ data / user。 
    //在我们初始化其他服务之前，我们需要完成这个工作 startService 3.2.1
    Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);
    //启动ActivityManagerService
    mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
            ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
    mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
    mActivityManagerService.setInstaller(installer);
    //电源管理器需要提前启动，因为其他服务需要它。
    //本地守护进程可能正在注册，因此它必须立即处理传入的绑定器调用（包括能够验证这些调用的权限）。
    mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);

    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, "InitPowerManagement");
    mActivityManagerService.initPowerManagement();
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
    //启动灯光service
    mSystemServiceManager.startService(LightsService.class);
    //启动显示service
    mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);
    //在初始化package manager完成前，我们需要默认显示
    mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);

    String cryptState = SystemProperties.get("vold.decrypt");
    if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) {
        Slog.w(TAG, "Detected encryption in progress - only parsing core apps");
        mOnlyCore = true;
    } else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) {
        Slog.w(TAG, "Device encrypted - only parsing core apps");
        mOnlyCore = true;
    }

    traceBeginAndSlog("StartPackageManagerService");
    //PackageManagerService开始初始化
    mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
            mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);
    mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();
    mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
    
    if (!mOnlyCore) {
        boolean disableOtaDexopt = SystemProperties.getBoolean("config.disable_otadexopt",
                false);
        if (!disableOtaDexopt) {
            traceBeginAndSlog("StartOtaDexOptService");
            try {
                OtaDexoptService.main(mSystemContext, mPackageManagerService);
            } catch (Throwable e) {
                reportWtf("starting OtaDexOptService", e);
            } finally {
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
            }
        }
    }

    traceBeginAndSlog("StartUserManagerService");
    //多用户UserManagerService
    mSystemServiceManager.startService(UserManagerService.LifeCycle.class);
    
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
    
    AttributeCache.init(mSystemContext);
    //把几个service添加到ServiceManager的中
    mActivityManagerService.setSystemProcess();
    //启动传感器的服务，native方法
    startSensorService();
}

3.2.1 SystemServiceManager.startService的过程

启动service的过程比较简单，通过反射去创建service对象，其构造方法的参数为Context，并将其添加到SystemServiceManager的mServices列表中。

/**
 * 通过反射去创建，其构造方法的参数为Context
 */
public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {
    try {
        final String name = serviceClass.getName();
        // Create the service.
        if (!SystemService.class.isAssignableFrom(serviceClass)) {
            throw new RuntimeException("Failed to create " + name
                    + ": service must extend " + SystemService.class.getName());
        }
        final T service;
        try {
            Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);
            service = constructor.newInstance(mContext);
        } catch (InstantiationException ex) {......}

        // 添加到mServices列表中
        mServices.add(service);
        try {
            //调用onStart方法
            service.onStart();
        } catch (RuntimeException ex) {......}
        return service;
    } finally {
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
    }
}

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3.3启动核心服务

从代码中可以看出核心服务包括了管理电池相关的服务，收集用户使用每一个APP的频率、使用时常的服务以及WebView更新服务的启动。

private void startCoreServices() {
    //管理电池相关的服务
    mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);

    //收集用户使用每一个APP的频率、使用时常
    mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class);
    mActivityManagerService.setUsageStatsManager(
            LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class));

    //WebView更新服务
    mWebViewUpdateService = mSystemServiceManager.startService(WebViewUpdateService.class);
}

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3.4 启动其他服务

启动其他服务，包括蓝牙，摄像头相关服务，管理输入事件等服务，这里不赘述。

/**
 * 其他服务，包括蓝牙，摄像头相关服务，管理输入事件等服务，这里不赘述
 */
private void startOtherServices() {
    ......
    //划重点，这里会启动HomeActivity，下篇讲HomeActivity启动流程，这里mark下
    mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
       @Override
        public void run() {
            ......
        }
    });
}

不过，里面有个重要的地方是关于HomeActivity的启动，调用了mActivityManagerService.systemReady(new Runnable()后，会启动HomeActivity，下篇讲解下。

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写在后面的话

今天的分析好像并没有过多的流程，代码看起来也比较简单，后面的会比较复杂，我会将时序图上传，方便自己以后复习。