Android启动流程---App层

一. 概述

先简单说说进程与线程的区别。

进程：每个应用都必须在开始之前创建一个流程，该进程是由Zygote fork出来的，进程拥有独立的资源空间，用于承载App上运行的各种Activity/Service等组件。该过程对上层应用程序完全透明，让App程序都是运行在Android Runtime。大多数情况一个App就运行在一个进程中，除非在AndroidManifest.xml中配置Android:process属性，或通过native代码fork进程。

线程：比如每次new Thread().start()都会创建一个新的线程，该线程并没有自己独立的地址空间，而是与其所在进程之间资源共享。从Linux角度来说进程与线程都是一个task_struct结构体，除了是否共享资源外，并没有其他本质的区别。

进程创建图

App发起进程：当从桌面启动应用，则发起进程便是Launcher所在进程；当从某App内启动远程进程，则发送进程便是该App所在进程。发起进程先通过binder发送消息给system_server进程；
system_server进程：调用Process.start()方法，通过socket向zygote进程发送创建新进程的请求；
zygote进程：在执行ZygoteInit.main()后便进入runSelectLoop()循环体内，当有客户端连接时便会执行ZygoteConnection.runOnce()方法，再经过层层调用后fork出新的应用进程；
新进程：执行handleChildProc方法，最后调用ActivityThread.main()方法。

二. system_server发起请求

1. Process.start

该过程主要工作是生成argsForZygote数组，该数组保存了进程的uid、gid、gids数组、target-sdk等一系列的参数。

2. zygoteSendArgsAndGetResult

这个方法的主要功能是通过socket通道向Zygote进程发送一个参数列表，然后进入阻塞等待状态，直到远端的socket服务端发送回来新创建的进程pid才返回。

三. Zygote创建进程

1. ZygoteInit.main

2. runSelectLoop

客户端通过openZygoteSocketIfNeeded()来跟zygote进程建立连接。zygote进程收到客户端连接请求后执行accept()；然后再创建ZygoteConnection对象,并添加到fds数组列表；
建立连接之后，可以跟客户端通信，进入runOnce() 方法来接收客户端数据，并执行进程创建工作。

3 .runOnce

4 .forkAndSpecialize

5. 时序图

在ZygoteConnection.runOnce方法中，zygote进程执行完forkAndSpecialize()后，新创建的App进程便进入handleChildProc()方法，下面的操作运行在App进程。

四. 新进程运行

在前面runOnce()过程中调用forkAndSpecialize()创建完新进程后，返回值pid=0(即运行在子进程)继续开始执行handleChildProc()方法。

1. handleChildProc

private void handleChildProc(Arguments parsedArgs, FileDescriptor[] descriptors, FileDescriptor pipeFd, PrintStream newStderr) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {

    closeSocket();
    ZygoteInit.closeServerSocket();

    if (descriptors != null) {
        try {
            Os.dup2(descriptors[0], STDIN_FILENO);
            Os.dup2(descriptors[1], STDOUT_FILENO);
            Os.dup2(descriptors[2], STDERR_FILENO);
            for (FileDescriptor fd: descriptors) {
                IoUtils.closeQuietly(fd);
            }
            newStderr = System.err;
        } catch (ErrnoException ex) {
            Log.e(TAG, "Error reopening stdio", ex);
        }
    }

    if (parsedArgs.niceName != null) {
        Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);
    }

    if (parsedArgs.invokeWith != null) {
        WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,
                parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,
                VMRuntime.getCurrentInstructionSet(),
                pipeFd, parsedArgs.remainingArgs);
    } else {
        //执行目标类的main()方法 
        RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,
                parsedArgs.remainingArgs, null);
    }
}

2. RuntimeInit.zygoteInit

public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {

    redirectLogStreams(); 

    commonInit(); 
    nativeZygoteInit(); 
    applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); // 应用初始化
}

3.applicationInit

private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {

    nativeSetExitWithoutCleanup(true);

    VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);
    VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion);

    final Arguments args;
    try {
        args = new Arguments(argv); 
    } catch (IllegalArgumentException ex) {
        return;
    }

    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);

    //调用startClass的static方法 main() 
    invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}

4.invokeStaticMain

private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    Class cl = Class.forName(className, true, classLoader);

    Method m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });

    int modifiers = m.getModifiers();
    ...

    //通过抛出异常，回到ZygoteInit.main()。这样做好处是能清空栈帧，提高栈帧利用率
    throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}

invokeStaticMain()方法中抛出的异常MethodAndArgsCaller caller，该方法的参数m是指main()方法, argv是指ActivityThread

5.MethodAndArgsCaller

public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable {

    public void run() {
        try {
            //根据传递过来的参数，此处反射调用ActivityThread.main()
            mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
        } catch (IllegalAccessException ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        } catch (InvocationTargetException ex) {
            Throwable cause = ex.getCause();
            if (cause instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) cause;
            } else if (cause instanceof Error) {
                throw (Error) cause;
            }
            throw new RuntimeException(ex);
        }
    }
}

6.ActivityThread.main

public static void main(String[] args) {
    ...
    Environment.initForCurrentUser();
    ...
    Process.setArgV0("");
    //创建主线程looper
    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    //attach到系统进程
    thread.attach(false);

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    //主线程进入循环状态
    Looper.loop();

    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}