Android app的启动过程简述

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《Android app的启动过程简述》

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第一部分:zygote进程和SystemServer进程

1.zygote进程介绍

在Android系统里面,zygote是一个进程的名字。Android是基于Linux System的,当你的手机开机的时候,Linux的内核加载完成之后就会启动一个叫“init“的进程。
在Linux System里面,所有的进程都是由init进程fork出来的,我们的zygote进程也不例外。我们都知道,每一个App其实都是一个单独的dalvik虚拟机以及一个单独的进程。
在zygote进程初始化之后,在这之后再开启App,就相当于开启一个新的进程。而为了实现资源共用和更快的启动速度,Android系统开启新进程的方式,是通过fork第一个zygote进程实现的。
所以说,除了第一个zygote进程,其他应用所在的进程都是zygote的子进程,这下你明白为什么这个进程叫“受精卵”了吧?因为就像是一个受精卵一样,它能快速的分裂,
并且产生遗传物质一样的细胞!

2.SystemServer进程介绍

SystemServer是什么?SystemServer也是一个进程,它是Android Java的两大支柱之一。另外一个支柱是专门负责孵化Java进程的Zygote。这两大支柱倒了一个,都会导致Android Java的崩溃(所有由Zygote孵化的Java进程都会被销毁,而SystemServer就是由Zygote孵化而来)。若Android Java真的崩溃了,则Linux系统中的进程init会重新启动“两大支柱”以重建Android Java。系统里面重要的服务都是在这个进程里面开启的比如ActivityManagerService、PackageManagerService、WindowManagerService等等,看着是不是都挺眼熟的?这些系统服务会在zygote开启的时候,会调用ZygoteInit.main()进行初始化

第二部分:ActivityManagerService

ActivityManagerService:简称AMS,服务端对象,负责系统中所有Activity的生命周期。ActivityManagerService进行初始化的时机很明确,就是在SystemServer进程开启的时候,就会初始化ActivityManagerService。下面是初始化过程:

public final class SystemServer {

    //zygote的主入口
    public static void main(String[] args) {
        new SystemServer().run();
    }

    public SystemServer() {
        // Check for factory test mode.
        mFactoryTestMode = FactoryTest.getMode();
    }

    private void run() {

        ...ignore some code...

        //加载本地系统服务库,并进行初始化 
        System.loadLibrary("android_servers");
        nativeInit();

        // 创建系统上下文
        createSystemContext();

        //初始化SystemServiceManager对象,下面的系统服务开启都需要调用SystemServiceManager.startService(Class<T>),这个方法通过反射来启动对应的服务
        mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);

        //开启服务
        try {
            startBootstrapServices();
            startCoreServices();
            startOtherServices();
        } catch (Throwable ex) {
            Slog.e("System", "******************************************");
            Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
            throw ex;
        }

        ...ignore some code...

    }

    //初始化系统上下文对象mSystemContext,并设置默认的主题,mSystemContext实际上是一个ContextImpl对象。调用ActivityThread.systemMain()的时候,会调用ActivityThread.attach(true),而在attach()里面,则创建了Application对象,并调用了Application.onCreate()。
    private void createSystemContext() {
        ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
        mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
        mSystemContext.setTheme(android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar);
    }

    //在这里开启了几个核心的服务,因为这些服务之间相互依赖,所以都放在了这个方法里面。
    private void startBootstrapServices() {

        ...ignore some code...

        //初始化ActivityManagerService
        mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
                ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
        mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);

        //初始化PowerManagerService,因为其他服务需要依赖这个Service,因此需要尽快的初始化
        mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);

        // 现在电源管理已经开启,ActivityManagerService负责电源管理功能
        mActivityManagerService.initPowerManagement();

        // 初始化DisplayManagerService
        mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);

    //初始化PackageManagerService
    mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, mInstaller,
       mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);

    ...ignore some code...

    }

}

经过上面这些步骤,我们的ActivityManagerService对象已经创建好了,并且完成了成员变量初始化。而且在这之前,调用createSystemContext()创建系统上下文的时候,也已经完成了mSystemContext和ActivityThread的创建。注意,这是系统进程开启时的流程,在这之后,会开启系统的Launcher程序,完成系统界面的加载与显示。

第三部分:Android系统里面的服务器和客户端的概念

服务器端指的就是所有App共用的系统服务,比如我们这里提到的ActivityManagerService,和前面提到的PackageManagerService、WindowManagerService等等,这些基础的系统服务是被所有的App公用的,当某个App想实现某个操作的时候,要告诉这些系统服务,比如你想打开一个App,那么我们知道了包名和MainActivity类名之后就可以打开,例如:

Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_MAIN);  
intent.addCategory(Intent.CATEGORY_LAUNCHER);              
ComponentName cn = new ComponentName(packageName, className);              
intent.setComponent(cn);  
startActivity(intent); 

但是,我们的App通过调用startActivity()并不能直接打开另外一个App,这个方法会通过一系列的调用,最后还是告诉AMS说:“我要打开这个App,我知道他的住址和名字,你帮我打开吧!”所以是AMS来通知zygote进程来fork一个新进程,来开启我们的目标App的。这就像是浏览器想要打开一个超链接一样,浏览器把网页地址发送给服务器,然后还是服务器把需要的资源文件发送给客户端的。

知道了Android Framework的客户端服务器架构之后,我们还需要了解一件事情,那就是我们的App和AMS(SystemServer进程)还有zygote进程分属于三个独立的进程,他们之间如何通信呢?

App与AMS通过Binder进行IPC通信,AMS(SystemServer进程)与zygote通过Socket进行IPC通信。

那么AMS有什么用呢?在前面我们知道了,如果想打开一个App的话,需要AMS去通知zygote进程,除此之外,其实所有的Activity的开启、暂停、关闭都需要AMS来控制,所以我们说,AMS负责系统中所有Activity的生命周期。

在Android系统中,任何一个Activity的启动都是由AMS和应用程序进程(主要是ActivityThread)相互配合来完成的。AMS服务统一调度系统中所有进程的Activity启动,而每个Activity的启动过程则由其所属的进程具体来完成。

这样说你可能还是觉得比较抽象,没关系,下面有一部分是专门来介绍AMS与ActivityThread如何一起合作控制Activity的生命周期的。

第四步:Instrumentation介绍

Instrumentation功能

每个Activity都持有Instrumentation对象的一个引用,但是整个进程只会存在一个Instrumentation对象。当startActivityForResult()调用之后,实际上还是调用了mInstrumentation.execStartActivity()

public void startActivityForResult(Intent intent, int requestCode, @Nullable Bundle options) {
        if (mParent == null) {
            Instrumentation.ActivityResult ar =
                mInstrumentation.execStartActivity(
                    this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,
                    intent, requestCode, options);
            if (ar != null) {
                mMainThread.sendActivityResult(
                    mToken, mEmbeddedID, requestCode, ar.getResultCode(),
                    ar.getResultData());
            }
            ...ignore some code...    
        } else {
            if (options != null) {
                 //当现在的Activity有父Activity的时候会调用,但是在startActivityFromChild()内部实际还是调用的mInstrumentation.execStartActivity()
                mParent.startActivityFromChild(this, intent, requestCode, options);
            } else {
                mParent.startActivityFromChild(this, intent, requestCode);
            }
        }
         ...ignore some code...    
    }

下面是mInstrumentation.execStartActivity()的实现:

public ActivityResult execStartActivity(
            Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
            Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
        IApplicationThread whoThread = (IApplicationThread) contextThread;
            ...ignore some code...
      try {
            intent.migrateExtraStreamToClipData();
            intent.prepareToLeaveProcess();
            int result = ActivityManagerNative.getDefault()
                .startActivity(whoThread, who.getBasePackageName(), intent,
                        intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
                        token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
                        requestCode, 0, null, options);
            checkStartActivityResult(result, intent);
        } catch (RemoteException e) {
        }
        return null;
    }

所以当我们在程序中调用startActivity()的 时候,实际上调用的是Instrumentation的相关的方法。

Instrumentation中重要方法介绍

这个类里面的方法大多数和Application和Activity有关,是的,这个类就是完成对Application和Activity初始化和生命周期的工具类。比如说,我单独挑一个callActivityOnCreate()

1.callActivityOnCreate()方法介绍:

public void callActivityOnCreate(Activity activity, Bundle icicle) {
        prePerformCreate(activity);
        activity.performCreate(icicle);
        postPerformCreate(activity);
    }

对activity.performCreate(icicle);这一行里面就调用了传说中的Activity的入口函数onCreate()

2.activity.performCreate(icicle)方法介绍:

final void performCreate(Bundle icicle) {
        onCreate(icicle);
        mActivityTransitionState.readState(icicle);
        performCreateCommon();
    }

3.简介Instrumentation的重要性:

那就是这个Instrumentation类这么重要,为啥我在开发的过程中,没有发现他的踪迹呢?是的,Instrumentation这个类很重要,对Activity生命周期方法的调用根本就离不开他,他可以说是一个大管家,但是,这个大管家比较害羞,是一个女的,管内不管外,是老板娘~那么你可能要问了,老板是谁呀? 老板当然是大名鼎鼎的ActivityThread了!

4.ActivityThread:

ActivityThread就是Android里面的UI线程,App和AMS是通过Binder传递信息的,那么ActivityThread就是专门与AMS的外交工作的。 举例:所以说,AMS是董事会,负责指挥和调度的,ActivityThread是老板,虽然说家里的事自己说了算,但是需要听从AMS的指挥,而Instrumentation则是老板娘,负责家里的大事小事,但是一般不抛头露面,听一家之主ActivityThread的安排。

写在最后:本人技术有限,如有错误,望指教交流,谢谢!

    原文作者:ActivityManagerService
    原文地址: https://juejin.im/entry/59b24d5d6fb9a0248a402af0
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