解读Android进程优先级ADJ算法
本文基于最新的Android P源码来解读进程优先级ADJ原理，基于篇幅会精炼部分代码
一、概述
1.1 进程
Android框架对进程创建与管理进行了封装，对于APP开发者只需知道Android四大组件的使用。当Activity, Service, ContentProvider, BroadcastReceiver任一组件启动时，当其所承载的进程存在则直接使用，不存在则由框架代码自动调用startProcessLocked创建进程。一个APP可以拥有多个进程，多个APP也可以运行在同一个进程，通过配置Android:process属性来决定。所以说对APP来说进程几乎是透明的，但了解进程对于深刻理解Android系统是至关关键的。
1.2 优先级
Android系统的设计理念正是希望应用进程能尽量长时间地存活，以提升用户体验。应用首次打开比较慢，这个过程有进程创建以及Application等信息的初始化，所以应用在启动之后，即便退到后台并非立刻杀死，而是存活一段时间，这样下次再使用则会非常快。对于APP同样希望自身尽可能存活更长的时间，甚至探索各种保活黑科技。物极必反，系统处于低内存的状态下，手机性能会有所下降；系统继续放任所有进程一直存活，系统内存很快就会枯竭而亡，那么需要合理地进程回收机制。
到底该回收哪个进程呢？系统根据进程的组件状态来决定每个进程的优先级值ADJ，系统根据一定策略先杀优先级最低的进程，然后逐步杀优先级更低的进程，依此类推，以回收预期的可用系统资源，从而保证系统正常运转。
谈到优先级，可能有些人会想到Linux进程本身有nice值，这个能决定CPU资源调度的优先级；而本文介绍Android系统中的ADJ，主要决定在什么场景下什么类型的进程可能会被杀，影响的是进程存活时间。ADJ与nice值两者定位不同，不过也有一定的联系，优先级很高的进程，往往也是用户不希望被杀的进程，是具有有一定正相关性。
1.3 ADJ级别
从Android 7.0开始，ADJ采用100、200、300，老版本采用的是个位数。为了防止剩余内存过低，Android在内核空间有lowmemorykiller(简称LMK)，LMK是通过注册shrinker来触发低内存回收的，这个机制并不太优雅，可能会拖慢Shrinkers内存扫描速度，已从内核4.12中移除，后续会采用用户空间的LMKD + memory cgroups机制，这里先不展开LMK讲解。
进程刚启动时ADJ等于INVALID_ADJ，当执行完attachApplication()，该该进程的curAdj和setAdj不相等，则会触发执行setOomAdj()将该进程的节点/proc/pid/oom_score_adj写入oomadj值。阈值设置过程会根据手机屏幕尺寸、内存大小来调整，下图参数为64位机器的Android原生阈值图：
LMK杀进程过程：当系统剩余空闲内存低于某阈值(比如147MB)，则从ADJ大于或等于相应阈值(比如900)的进程中，选择ADJ值最大的进程，如果存在多个ADJ相同的进程，则选择内存最大的进程，让向目标进程发出signal 9来杀掉该进程。
二、解读ADJ
接下来，解读每个ADJ值都对应着怎样条件的进程，包括正在运行的组件以及这些组件的状态几何。这里重点介绍上图标红的ADJ级别所对应的进程。
Android系统中计算各进程ADJ算法的核心方法:
updateOomAdjLocked：更新adj，当目标进程为空或者被杀则返回false；否则返回true;
computeOomAdjLocked：计算adj，返回计算后RawAdj值;
applyOomAdjLocked：应用adj，当需要杀掉目标进程则返回false；否则返回true。
当Android四大组件状态改变时会updateOomAdjLocked()来同步更新相应进程的ADJ优先级。这里需要说明一下，当同一个进程有多个决定其优先级的组件状态时，取优先级最高的ADJ作为最终的ADJ。另外，进程会通过设置maxAdj来限定ADJ的上限。
关于分析进程ADJ相关信息，常用命令如下：
dumpsys meminfo，
dumpsys activity o
dumpsys activity p
本文重点介绍上面ADJ图中标红的级别，对于非标红级别这里简单说明一下：
ADJ<0优先级说明：
NATIVE_ADJ(-1000)：是由init进程fork出来的Native进程，并不受system管控；
SYSTEM_ADJ(-900)：是指system_server进程；
PERSISTENT_PROC_ADJ(-800): 是指在AndroidManifest.xml中申明android:persistent=”true”的系统(即带有FLAG_SYSTEM标记)进程，persistent进程一般情况并不会被杀，即便被杀或者发生Crash系统会立即重新拉起该进程。
PERSISTENT_SERVICE_ADJ(-700)：是由startIsolatedProcess()方式启动的进程，或者是由system_server或者persistent进程所绑定(并且带有BIND_ABOVE_CLIENT或者BIND_IMPORTANT)的服务进程
其他优先级：
BACKUP_APP_ADJ(300)：执行bindBackupAgent()过程的进程
HEAVY_WEIGHT_APP_ADJ(400): realStartActivityLocked()过程，当应用的privateFlags标识PRIVATE_FLAG_CANT_SAVE_STATE的进程；
HOME_APP_ADJ(600)：当类型为ACTIVITY_TYPE_HOME的应用，比如桌面APP
PREVIOUS_APP_ADJ(700)：用户上一个使用的APP进程
2.1 FOREGROUND_APP_ADJ(0)
场景1：满足以下任一条件的进程都属于FOREGROUND_APP_ADJ(0)优先级：
正处于resumed状态的Activity
正执行一个生命周期回调的Service（比如执行onCreate,
onStartCommand, onDestroy等）
正执行onReceive()的广播接收者
通过startInstrumentation()启动的进程
源码如下：
场景2： 当客户端进程activity里面调用bindService()方法时flags带有BIND_ADJUST_WITH_ACTIVITY参数，并且该activity处于可见状态，则当前服务进程也属于前台进程，源码如下：
provider客户端
场景3： 对于provider进程，还有以下两个条件能成为前台进程：
当Provider的客户端进程ADJ<=FOREGROUND_APP_ADJ时，则Provider进程ADJ等于FOREGROUND_APP_ADJ
当Provider有外部(非框架)进程依赖，也就是调用了getContentProviderExternal()方法，则ADJ至少等于FOREGROUND_APP_ADJ
2.2 VISIBLE_APP_ADJ(100)
可见进程：当ActivityRecord的visible=true，也就是Activity可见的进程。
从Android P开始，进一步细化ADJ级别，增加了VISIBLE_APP_LAYER_MAX(99)，是指VISIBLE_APP_ADJ(100)跟PERCEPTIBLE_APP_ADJ(200)之间有99个槽，则可见级别ADJ的取值范围为[100,199]。 算法会根据其所在task的mLayerRank来调整其ADJ，100加上mLayerRank就等于目标ADJ，layer越大，则ADJ越小。 关于TaskRecord的mLayerRank的计算方式是ASS的rankTaskLayersIfNeeded()方法，当TaskRecord顶部的ActivityRecord为空或者结束或者不可见时，则设置该TaskRecord的mLayerRank等于-1; 每个ActivityDisplay的baseLayer都是从0开始，从最上面的TaskRecord开始，第一个ADJ=100，从上至下依次加1，直到199为上限。
service客户端
ServiceRecord的成员变量startRequested=true，是指被显式调用了startService()方法。当service被stop或kill会将其置为false。
一般情况下，即便客户端进程处于前台进程(ADJ=0)级别，服务进程只会提升到可见(ADJ=1)级别。以下flags是由调用bindService()过程所传递的flags来决定的。
作为工程师很多时候可能还是想看看源码，show me the code。但是关于ADJ计算这一块源码场景computeOomAdjLocked()，Google真心写得比较乱，为了更清晰地说明客户端进程如何影响服务进程，在保证不失去原意的情况下重写了这块部分逻辑：
这个过程主要根据service本身、client端情况以及activity状态分别来调整adj和schedGroup
上段代码说明服务端进程优先级(adj)不会低于客户端进程优先级(newAdj)，而newAdj的上限受限于flags，具体服务端进程受客户端进程影响的ADJ上限如下：
BIND_ABOVE_CLIENT或BIND_IMPORTANT的情况下，ADJ上限为PERSISTENT_SERVICE_ADJ；
BIND_NOT_VISIBLE的情况下， ADJ上限为PERCEPTIBLE_APP_ADJ；
否则，一般情况下，ADJ上限为VISIBLE_APP_ADJ；
由此，可见当bindService过程带有BIND_ABOVE_CLIENT或者BIND_IMPORTANT flags的同时，客户端进程ADJ小于或等于PERSISTENT_SERVICE_ADJ的情况下，该进程则为PERSISTENT_SERVICE_ADJ。另外，即便是启动过Activity的进程，当客户端进程ADJ<=200时，还是可以提升该服务进程的优先级。
2.3 PERCEPTIBLE_APP_ADJ(200)
可感知进程：当该进程存在不可见的Activity，但Activity正处于PAUSING、PAUSED、STOPPING状态，则为PERCEPTIBLE_APP_ADJ
满足以下任一条件的进程也属于可感知进程:
foregroundServices非空：前台服务进程，执行startForegroundService()方法
app.forcingToImportant非空：执行setProcessImportant()方法，比如Toast弹出过程。
hasOverlayUi非空：非activity的UI位于屏幕最顶层，比如显示类型TYPE_APPLICATION_OVERLAY的窗口。
2.4 SERVICE_ADJ(500)
服务进程：没有启动过Activity，并且30分钟之内活跃过的服务进程。 startRequested为true，则代表执行startService()且没有stop的进程。
2.5 SERVICE_B_ADJ(800)
进程由SERVICE_ADJ(500)降低到SERVICE_B_ADJ(800)，有以下两种情况：
A类Service占比过高：当A类Service个数 > Service总数的1/3时，则加入到B类Service。换句话说，B Service的个数至少是A Service的2倍。
内存紧张&&A类Service占用内存较高：当系统内存紧张级别(mLastMemoryLevel)高于ADJ_MEM_FACTOR_NORMAL，且该应用所占内存lastPss大于或等于CACHED_APP_MAX_ADJ级别所对应的内存阈值的1/3（默认值阈值约等于110MB）。
源码如下：
ADJ_MEM_FACTOR
这里顺便一下，内存因子ADJ_MEM_FACTOR共有4个级别，当前处于哪个内存因子级别，取决于当前进程中cached进程和空进程的个数。
ADJ内存因子：决定允许后台运行Jobs的最大上限，以及决定TrimMemory的级别(包括ThreadedRenderer的回收级别)，再进一步来看看内存因子：
再来看看cached和empty进程：
用于限制empty或cached进程的上限为16个，并且empty超过8个时会清理掉30分钟没有活跃的进程。 cached和empty主要是区别是否有Activity。
2.6 CACHED_APP_MIN_ADJ(900)
缓存进程优先级从CACHED_APP_MIN_ADJ(900)到 CACHED_APP_MAX_ADJ(906)。
ADJ的转换算法：先计算出从900~906之间，cached进程和empty的numSlots=3，也就是各有3个槽； 然后分别根据cached进程和empty进程个数除以numSlots来确定单个槽的进程个数，也就是emptyFactor和cachedFactor，计算过程 每次adj加2，分布如下图：
则cached进程的adj分布在900, 901, 903, 905，empty进程的adj分布在900, 902, 904, 906。
cached进程是指：
存在Activity且该Activity窗口不可见，并且不处于PAUSING、PAUSED、STOPPING的任一状态的情况下，则设置该进程为PROCESS_STATE_CACHED_ACTIVITY；
当该进程Service的客户端进程存在Activity或者是treatLikeActivity的进程
empty进程往往是指没有activity的低优先级进程。
三、总结
Android进程优先级ADJ的每一个ADJ级别往往都有多种场景，使用adjType完美地区分相同ADJ下的不同场景； 不同ADJ进程所对应的schedGroup不同，从而分配的CPU资源也不同，schedGroup大体分为TOP(T)、前台(F)、后台(B)； ADJ跟AMS中的procState有着紧密的联系。
adj：通过调整oom_score_adj来影响进程寿命(LMK杀进程策略)；
schedGroup：影响进程的CPU资源调度与分配；
procState：从进程所包含的四大组件运行状态来评估进程状态，影响framework的内存控制策略。比如控制缓存进程和空进程个数上限依赖于procState，再比如控制APP执行handleLowMemory()的触发时机等。
为了说明整体关系，以ADJ为中心来讲解跟adjType,schedGroup,procState的对应关系，下面以一幅图来诠释整个ADJ算法的精髓，几乎涵盖了ADJ算法调整的绝大多数场景。
CPU调度组：
常说的前台进程与后台进程，其实是从CPU调度角度来划分的前台与后台；为了让用户正在使用的TOP进程能分配到更多的CPU资源，从Android 6.0开始新增了TOP进程组，CPU调度优先分配给当前正在跟用户交互的APP，提升用户体验。
上图adjType=”broadcast”的CPU调度组的选择取决于广播队列，当receiver接收到的广播来自于前台广播队列则采用前台进程组，当receiver接收到的广播来自于后台广播队列则采用后台进程组。前后台广播队列的CPU资源调度优先级不同，所以前台广播超时10秒就会ANR，而后台广播超时60秒才会ANR。更少的CPU资源分配就需要更长的时间来完成执行，这也就是为何两个广播队列定义了不同的超时阈值。
上图adjType=”exec-service”的CPU调度组的选择取决于caller, 当发起bindService或者startService的调用者caller属于后台进程组，callerFg=false，则Service的生命周期回调运行在后台进程组，非常很少的CPU资源；当caller属于前台或者TOP进程组，则Service的生命周期回调运行在前台进程组，分配较多的CPU资源。
上图adjType=”service”也有机会选择TOP组, 前提条件是在bindService的时候带有BIND_IMPORTANT的flags，用于标记该服务对于客户端进程很重要。
最后，给广大应用开发者一些友好的建议：
UI进程与Service进程一定要分离，因为对于包含activity的service进程，一旦进入后台就成为”cch-started-ui-services”类型的cache进程(ADJ>=900)，随时可能会被系统回收；而分离后的Service进程服务属于SERVICE_ADJ(500)，被杀的可能性相对较小。尤其是系统允许自启动的服务进程必须做UI分离，避免消耗系统较大内存。
只有真正需要用户可感知的应用，才调用startForegroundService()方法来启动前台服务，此时ADJ=PERCEPTIBLE_APP_ADJ(200)，常驻内存，并且会在通知栏常驻通知提醒用户，比如音乐播放，地图导航。切勿为了常驻而滥用前台服务，这会严重影响用户体验。
进程中的Service工作完成后，务必主动调用stopService或stopSelf来停止服务，避免占据内存，浪费系统资源；
不要长时间绑定其他进程的service或者provider，每次使用完成后应立刻释放，避免其他进程常驻于内存；
APP应该实现接口onTrimMemory()和onLowMemory()，根据TrimLevel适当地将非必须内存在回调方法中加以释放。当系统内存紧张时会回调该接口，减少系统卡顿与杀进程频次。