源码分析->应用进程启动过程
分析从fork进程到Application onCreate执行的过程。
源码分析基于Android 23
1.大体过程
1.1 在Launch点击按钮启动A应用， Launch应用与AMS之间是binder通信；
1.2 AMS向Zygote进程请求创建A应用进程，AMS与Zygote之间是Socket通信；
1.3 Zygote通过fork创建A应用进程，并调用ActivityThread.main方法；
1.4 ActivityThread.main()中创建ApplicationThread并注册到AMS，A应用与AMS之间是binder通信；
1.5 AMS请求A应用执行Application onCreate方法，AMS与A应用之间是binder通信。
大致流程.png
2.源码分析
我们知道，在Launch点击按键启动A应用，将触发Activity.startActivity，中间经过很多调用，我们关注最终会调到ActivityStackSupervisor.startSpecificActivityLocked
该方法是启动进程的入口，主要工作：
（1）getProcessRecordLocked，通过进程名获取ProcessRecord；
（2）如果进程启动，则if (app != null && app.thread != null)条件成立，realStartActivityLocked通过跨进程调用启动A应用；
（3）如果进程没有启动，则mService.startProcessLocked，请求AMS启动进程，我们跟进mService.startProcessLocked方法；
void startSpecificActivityLocked(ActivityRecord r,
boolean andResume, boolean checkConfig) {
// Is this activity's application already running?
ProcessRecord app = mService.getProcessRecordLocked(r.processName,
r.info.applicationInfo.uid, true);
r.task.stack.setLaunchTime(r);
if (app != null && app.thread != null) {//进程启动了
try {
......
realStartActivityLocked(r, app, andResume, checkConfig);
return;
} catch (RemoteException e) {
Slog.w(TAG, "Exception when starting activity "
+ r.intent.getComponent().flattenToShortString(), e);
}
}
//进程没有启动
mService.startProcessLocked(r.processName, r.info.applicationInfo, true, 0,
"activity", r.intent.getComponent(), false, false, true);
}
上述的startProcessLocked最终会调到
ActivityManagerService.startProcessLocked
主要工作：
(1) entryPoint赋值为android.app.ActivityThread，这里就相当熟悉了，后面会通过反射来调用它的main方法；
(2) 调用Process.start来创建进程，返回结果为startResult ，我们跟进去这个方法看看；
private final void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType,
String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs) {
......
if (entryPoint == null) entryPoint = "android.app.ActivityThread";
......
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);
......
}
Process.start->Process.startViaZygote
主要工作:
（1）配置虚拟机的参数，包括ActivityThread的全类名；
（2）openZygoteSocketIfNeeded会调用ZygoteState.connect与Zygote进程建立Socket连接；
（3）zygoteSendArgsAndGetResult，socket连接成功，则发送数据。
private static ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass,
final String niceName,
final int uid, final int gid,
final int[] gids,
int debugFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
String seInfo,
String abi,
String instructionSet,
String appDataDir,
String[] extraArgs)
throws ZygoteStartFailedEx {
synchronized(Process.class) {
ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<String>();
// --runtime-args, --setuid=, --setgid=,
// and --setgroups= must go first
argsForZygote.add("--runtime-args");
argsForZygote.add("--setuid=" + uid);
argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_JNI_LOGGING) != 0) {
argsForZygote.add("--enable-jni-logging");
}
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_SAFEMODE) != 0) {
argsForZygote.add("--enable-safemode");
}
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_DEBUGGER) != 0) {
argsForZygote.add("--enable-debugger");
}
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_CHECKJNI) != 0) {
argsForZygote.add("--enable-checkjni");
}
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_JIT) != 0) {
argsForZygote.add("--enable-jit");
}
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_GENERATE_DEBUG_INFO) != 0) {
argsForZygote.add("--generate-debug-info");
}
if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_ASSERT) != 0) {
argsForZygote.add("--enable-assert");
}
if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT) {
argsForZygote.add("--mount-external-default");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_READ) {
argsForZygote.add("--mount-external-read");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_WRITE) {
argsForZygote.add("--mount-external-write");
}
argsForZygote.add("--target-sdk-version=" + targetSdkVersion);
......
argsForZygote.add(processClass);//ActivityThread的全类名
......
zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi), argsForZygote);
......
return ;
}
}
Socket的服务端在ZygoteInit类中，
（1）runSelectLoop，接收请求由ZygoteConnection.runOnce来处理，我们跟进去看看；
（2）巧妙地利用异常来反射调用ActivityThread.main，MethodAndArgsCaller 异常是封装了反射调用ActivityThread.main。
public static void main(String argv[]) {
......
runSelectLoop(abiList);
......
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run(); //巧妙的利用异常处理，来反射执行ActivityThread.main（）
}
......
}
ZygoteConnection.runOnce->ZygoteConnection.forkAndSpecialize
主要工作：
（1）Zygote.forkAndSpecialize，内部通过native方法fork进程；
（2）handleChildProc，内部调用RuntimeInit.zygoteInit，我们跟进去看看；
boolean runOnce() throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
......
pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo,
parsedArgs.niceName, fdsToClose, parsedArgs.instructionSet,
parsedArgs.appDataDir);
......
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
......
}
RuntimeInit.zygoteInit
主要工作：
（1）nativeZygoteInit，启动binder机制：打开binder驱动，映射内存，注册binder线程，进入binder looper；
（2）applicationInit，内部调用RuntimeInit.invokeStaticMain；
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
......
commonInit();
nativeZygoteInit();
applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}
RuntimeInit.invokeStaticMain
主要的工作:
（1）反射方法的校验，类是否存在、方法是否存在、方法是否静态以及public；
（2）最后抛出一个异常ZygoteInit.MethodAndArgsCaller，回到上述的ZygoteInit.main。
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
Class<?> cl;
try {
cl = Class.forName(className, true, classLoader);
} catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing class when invoking static main " + className,
ex);
}
Method m;
try {
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
} catch (NoSuchMethodException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing static main on " + className, ex);
} catch (SecurityException ex) {
throw new RuntimeException(
"Problem getting static main on " + className, ex);
}
int modifiers = m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
throw new RuntimeException(
"Main method is not public and static on " + className);
}
throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
ZygoteInit.MethodAndArgsCaller.run
主要工作：
通过反射来调用ActivityThread.main；
public void run() {
......
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
......
}
至此，启动工作转到了ActivityThread.main。
ActivityThread.main()
主要工作：
（1） Looper.prepareMainLooper()，初始化主线程消息队列；
（2）构造ActivityThread，调用attach方法，其中包括把ApplicationThread注册到AMS；
（3）Looper.loop()，启动消息队列；
public static void main(String[] args) {
......
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
......
Looper.loop();
......
}
}
ActivityThread.attach()
主要工作：
mgr.attachApplication(mAppThread)，告知AMS，App启动完成。mAppThread是一个Binder对象，是AMS与App通信的入口；
private void attach(boolean system) {
......
final IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();
try {
mgr.attachApplication(mAppThread);
} catch (RemoteException ex) {
// Ignore
}
......
}
ActivityManagerService.attachApplication->ActivityManagerService.attachApplicationLocked
主要工作：
跨进程调用 thread.bindApplication，thread是ApplicationThread类型；
private final boolean attachApplicationLocked(IApplicationThread thread,
int pid) {
......
thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, app.instrumentationClass,
profilerInfo, app.instrumentationArguments, app.instrumentationWatcher,
app.instrumentationUiAutomationConnection, testMode, enableOpenGlTrace,
isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.persistent,
new Configuration(mConfiguration), app.compat,
getCommonServicesLocked(app.isolated),
mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked());
......
if (mStackSupervisor.attachApplicationLocked(app)) {
didSomething = true;
}
......
}
ApplicationThread.bindApplication
主要工作：
sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data)，将任务转到主线程，会调到handleBindApplication方法。
public final void bindApplication(String processName, ApplicationInfo appInfo,
List<ProviderInfo> providers, ComponentName instrumentationName,
ProfilerInfo profilerInfo, Bundle instrumentationArgs,
IInstrumentationWatcher instrumentationWatcher,
IUiAutomationConnection instrumentationUiConnection, int debugMode,
boolean enableOpenGlTrace, boolean isRestrictedBackupMode, boolean persistent,
Configuration config, CompatibilityInfo compatInfo, Map<String, IBinder> services,
Bundle coreSettings) {
......
AppBindData data = new AppBindData();
......
sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data);
}
ActivityThread.handleBindApplication
主要工作：
（1）cl.loadClass(data.instrumentationName.getClassName()).newInstance()，通过反射实例化Instrumentation，这是进程单例；
（2）data.info是LoadeApk类型，对应着一个apk文件，通过makeApplication来构建Application实例，并且会创建ContextImpl通过attachBaseContext赋值给mBase；
（3）callApplicationOnCreate，通过mInstrumentation来调用Application onCreate方法。
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
......
if (data.appInfo.targetSdkVersion <= android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) {
AsyncTask.setDefaultExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR);
}//这段代码比较有意思，如果版本是3.1，AsyncTask使用多线程的线程池，包括3.1，否则使用单线程的线程池
......
java.lang.ClassLoader cl = instrContext.getClassLoader();
mInstrumentation = (Instrumentation)
cl.loadClass(data.instrumentationName.getClassName()).newInstance();
......
Application app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);
mInitialApplication = app;
......
mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
}
至此，B应用的Application onCreate方法被调用。
进程启动流程1.png
进程启动流程2.png
3.总结
（1）ActivityStackSupervisor.startSpecificActivityLocked是fork应用进程的入口，如果ProcessRecord以及ApplicationThread都为空则需要fork进程；
（2）Process.start与Zygote进行Socket连接，请求fork进程；
（3）Zygote接收到请求，调用ZygoteConnection.runOnce方法处理for请求；
（4）进程启动以后，把反射调用ActivityThread.main方法封装一个MethodAndArgsCaller异常对象抛出，ZygoteInit捕获异常并执行；
（5）ActivityThread.main启动主线程Looper、构建ActivityThread、进入Looper循环；
（6）ActivityThread.attch向AMS注册ApplicationThread；
（7）AMS跨进程调用ApplicationThread.bindApplication;
（8）ApplicationThread发消息到主线程，ActivityThread创建Application对象，给成员变量mBase赋值，最后调用其onCreate方法。
常见面试题：
1.谈谈你对Application的理解
（1）作用
Application生命周期很长，注意持有短生命对象，导致内存泄漏；
可以在onCreate方法中做一些初始化的工作，但要考虑进程启动速度；
提供全局的上下文，不用担心内存泄漏问题；
多进程应用，就有多个Application实例；
（2）继承关系
继承ContextWrapper，最终是继承Context，有一个mBase全局变量。
（3）调用顺序
构造函数、attachBaseContext、onCreate。
2.进程启动完成的标志
ProcessRecord、ApplicationThread不为空，并且已经向ams注册了ApplicationThread；
、，
3.应用binder机制是什么时候启动的
RuntimeInit.zygoteInit会调用nativeZygoteInit，启动binder机制：打开binder驱动，映射内存，注册binder线程，进入binder looper；
4.为什么采用fork的方式
为了资源复用和加快启动速度，因为Zygote已经preLoad过一些常用的资源（常用类、常用库、常用资源），应用进程无需再加载。
以上分析有不对的地方，请指出，互相学习，谢谢哦！
