Android系统启动流程（四）Launcher进程启动过程解析（附带面试题）
前面我们分析了init进程，zygote进程，SystemServer进程，本篇的Launcher是系统启动流程的最后一个进程。
1 Launcher概述
Launcher进程是一个系统的应用程序，位于packages/apps/Launcher3中，它用于显示已经安装的应用程序，它通过访问PackageManagerService获取安装的应用程序，然后将他们封装成一个个的快捷图标显示到屏幕上，每一个图标包含了被启动应用程序的Intent信息，点击之后就可以启动对应应用程序。
2 Launcher进程解析
private void startOtherServices() {
mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
@Override
public void run() {
...
mSystemServiceManager.startBootPhase(
SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);
}
}
}
Launcher的入口函数在System.startOtherServices方法中，我们进入systemReady方法中：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
...
mStackSupervisor.resumeFocusedStackTopActivityLocked();
...
}
进入到了ActivityStackSupervisor.resumeFocusedStackTopActivityLocked中
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java
boolean resumeFocusedStackTopActivityLocked() {
return resumeFocusedStackTopActivityLocked(null, null, null);
}
boolean resumeFocusedStackTopActivityLocked(
ActivityStack targetStack, ActivityRecord target, ActivityOptions targetOptions) {
if (targetStack != null && isFocusedStack(targetStack)) {
return targetStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(target, targetOptions);
}
final ActivityRecord r = mFocusedStack.topRunningActivityLocked();
if (r == null || r.state != RESUMED) {
mFocusedStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(null, null);
}
return false;
}
在上面最后调用到了mFocusedStack.resumeTopActivityUncheckedLocked，mFocusedStack是ActivityStack类型的，我们进入查看源码：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStack.java
boolean resumeTopActivityUncheckedLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {
if (mStackSupervisor.inResumeTopActivity) {
// Don't even start recursing.
return false;
}
boolean result = false;
try {
// Protect against recursion.
mStackSupervisor.inResumeTopActivity = true;
if (mService.mLockScreenShown == ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_LEAVING) {
mService.mLockScreenShown = ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_HIDDEN;
mService.updateSleepIfNeededLocked();
}
result = resumeTopActivityInnerLocked(prev, options);
} finally {
mStackSupervisor.inResumeTopActivity = false;
}
return result;
}
private boolean resumeTopActivityInnerLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {
...
final TaskRecord prevTask = prev != null ? prev.task : null;
if (next == null) {
/***
* 这里启动了Launcher
*/
return isOnHomeDisplay() &&
mStackSupervisor.resumeHomeStackTask(returnTaskType, prev, reason);
}
}
上面从resumeTopActivityUncheckedLocked调用到了resumeTopActivityInnerLocked中，最后调用到了ActivityStackSupervisor.resumeHomeStackTask函数。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java
boolean resumeHomeStackTask(int homeStackTaskType, ActivityRecord prev, String reason) {
...
// Only resume home activity if isn't finishing.
if (r != null && !r.finishing) {
mService.setFocusedActivityLocked(r, myReason);
return resumeFocusedStackTopActivityLocked(mHomeStack, prev, null);
}
return mService.startHomeActivityLocked(mCurrentUser, myReason);
}
接着进入到了ActivityManagerService.startHomeActivityLocked
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) {
if (mFactoryTest == FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL
&& mTopAction == null) {
// We are running in factory test mode, but unable to find
// the factory test app, so just sit around displaying the
// error message and don't try to start anything.
return false;
}
// 1
Intent intent = getHomeIntent();
ActivityInfo aInfo = resolveActivityInfo(intent, STOCK_PM_FLAGS, userId);
if (aInfo != null) {
intent.setComponent(new ComponentName(aInfo.applicationInfo.packageName, aInfo.name));
// Don't do this if the home app is currently being
// instrumented.
aInfo = new ActivityInfo(aInfo);
aInfo.applicationInfo = getAppInfoForUser(aInfo.applicationInfo, userId);
ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(aInfo.processName,
aInfo.applicationInfo.uid, true);
if (app == null || app.instrumentationClass == null) {
intent.setFlags(intent.getFlags() | Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
mActivityStarter.startHomeActivityLocked(intent, aInfo, reason);
}
} else {
Slog.wtf(TAG, "No home screen found for " + intent, new Throwable());
}
return true;
}
在注释1处的getHomeIntent方法代码如下：
Intent getHomeIntent() {
Intent intent = new Intent(mTopAction, mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);
intent.setComponent(mTopComponent);
intent.addFlags(Intent.FLAG_DEBUG_TRIAGED_MISSING);
if (mFactoryTest != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);//1
}
return intent;
}
在注释1处添加了一个CATEGORY_HOME，CATEGORY_HOME = "android.intent.category.HOME"，这里我们锁定就是启动了Launcher页面，因为我们查看系统应用Launcher的清单文件中匹配了它，Launcher的清单文件如下：
<manifest
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
package="com.android.launcher3">
<uses-sdk android:targetSdkVersion="23" android:minSdkVersion="16"/>
<uses-permission android:name="android.permission.CALL_PHONE" />
...
<application
android:allowBackup="@bool/enable_backup"
android:backupAgent="com.android.launcher3.LauncherBackupAgentHelper"
android:hardwareAccelerated="true"
android:icon="@mipmap/ic_launcher_home"
android:label="@string/app_name"
android:largeHeap="@bool/config_largeHeap"
android:restoreAnyVersion="true"
android:supportsRtl="true" >
<activity
android:name="com.android.launcher3.Launcher"
android:launchMode="singleTask"
android:clearTaskOnLaunch="true"
android:stateNotNeeded="true"
android:theme="@style/Theme"
android:windowSoftInputMode="adjustPan"
android:screenOrientation="nosensor"
android:configChanges="keyboard|keyboardHidden|navigation"
android:resumeWhilePausing="true"
android:taskAffinity=""
android:enabled="true">
<intent-filter>
<action android:name="android.intent.action.MAIN" />
<category android:name="android.intent.category.HOME" />
<category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
<category android:name="android.intent.category.MONKEY"/>
</intent-filter>
</activity>
</application>
</manifest>
从上面可以看出Launcher的intent-filter匹配了上面的Intent，所以Launcher就被启动起来了。就会执行onCreate方法。
3 Launcher进程图标显示过程
Launcher.onCreate函数如下：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
//1
LauncherAppState app = LauncherAppState.getInstance();
//2
mModel = app.setLauncher(this);
setContentView(R.layout.launcher);
if (!mRestoring) {
//3
mModel.startLoader(PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE);
} else {
// We only load the page synchronously if the user rotates (or triggers a
// configuration change) while launcher is in the foreground
mModel.startLoader(mWorkspace.getRestorePage());
}
}
}
注释1处单例获取LauncherAppState的实例，在注释2处调用它的setLauncher函数并将Launcher对象传入，setLauncher函数如下所示：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/LauncherAppState.java
LauncherModel setLauncher(Launcher launcher) {
getLauncherProvider().setLauncherProviderChangeListener(launcher);
mModel.initialize(launcher);
mAccessibilityDelegate = ((launcher != null) && Utilities.ATLEAST_LOLLIPOP) ?
new LauncherAccessibilityDelegate(launcher) : null;
return mModel;
}
接着调用到了LauncherModel的initialize函数：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/LauncherModel.java
/**
* Set this as the current Launcher activity object for the loader.
*/
public void initialize(Callbacks callbacks) {
synchronized (mLock) {
// Disconnect any of the callbacks and drawables associated with ItemInfos on the
// workspace to prevent leaking Launcher activities on orientation change.
unbindItemInfosAndClearQueuedBindRunnables();
mCallbacks = new WeakReference<Callbacks>(callbacks);
}
}
我们看到上面其实就是设置了一个回调函数，回调函数就是Launcher自身，不过是以一个弱引用的方式，这个回调后面会用到。
接着分析onCreate中的注释3的部分，launcherModel.startLoader方法：
@Thunk static final HandlerThread sWorkerThread = new HandlerThread("launcher-loader");
static {
sWorkerThread.start();
}
@Thunk static final Handler sWorker = new Handler(sWorkerThread.getLooper());
public void startLoader(int synchronousBindPage, int loadFlags) {
// Enable queue before starting loader. It will get disabled in Launcher#finishBindingItems
InstallShortcutReceiver.enableInstallQueue();
synchronized (mLock) {
// Clear any deferred bind-runnables from the synchronized load process
// We must do this before any loading/binding is scheduled below.
synchronized (mDeferredBindRunnables) {
mDeferredBindRunnables.clear();
}
// Don't bother to start the thread if we know it's not going to do anything
if (mCallbacks != null && mCallbacks.get() != null) {
// If there is already one running, tell it to stop.
stopLoaderLocked();
mLoaderTask = new LoaderTask(mApp.getContext(), loadFlags);
if (synchronousBindPage != PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE
&& mAllAppsLoaded && mWorkspaceLoaded && !mIsLoaderTaskRunning) {
mLoaderTask.runBindSynchronousPage(synchronousBindPage);
} else {
sWorkerThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
sWorker.post(mLoaderTask);
}
}
}
}
上面创建了一个HandlerThread的子线程的Handler，用来处理耗时任务，在上面的最后post了一个任务，这个任务的类是LoaderTask.java，实现了Runnable接口，run方法如下：
public void run() {
synchronized (mLock) {
if (mStopped) {
return;
}
mIsLoaderTaskRunning = true;
}
// Optimize for end-user experience: if the Launcher is up and // running with the
// All Apps interface in the foreground, load All Apps first. Otherwise, load the
// workspace first (default).
keep_running: {
if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 1: loading workspace");
//1
loadAndBindWorkspace();
if (mStopped) {
break keep_running;
}
waitForIdle();
// second step
if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 2: loading all apps");
// 2
loadAndBindAllApps();
}
// Clear out this reference, otherwise we end up holding it until all of the
// callback runnables are done.
mContext = null;
synchronized (mLock) {
// If we are still the last one to be scheduled, remove ourselves.
if (mLoaderTask == this) {
mLoaderTask = null;
}
mIsLoaderTaskRunning = false;
mHasLoaderCompletedOnce = true;
}
}
上面的两个注释写的很清楚，在注释1处loadAndBindWorkspace是加载工作空间，在注释2处loadAndBindAllApps用来加载所有的app。
loadAndBindAllApps源码如下：
private void loadAndBindAllApps() {
if (DEBUG_LOADERS) {
Log.d(TAG, "loadAndBindAllApps mAllAppsLoaded=" + mAllAppsLoaded);
}
if (!mAllAppsLoaded) {
// 1
loadAllApps();
synchronized (LoaderTask.this) {
if (mStopped) {
return;
}
}
updateIconCache();
synchronized (LoaderTask.this) {
if (mStopped) {
return;
}
mAllAppsLoaded = true;
}
} else {
onlyBindAllApps();
}
}
注释1处调用了loadAllApps()，源码如下：
private void loadAllApps() {
...
mHandler.post(new Runnable() {
public void run() {
final long bindTime = SystemClock.uptimeMillis();
final Callbacks callbacks = tryGetCallbacks(oldCallbacks);
if (callbacks != null) {
callbacks.bindAllApplications(added);//1
...
}
}
});
...
}
这里的callbacks就是上面弱引用存储的Launcher，所以我们直接查看Launcher中的bindAllApplications，代码如下：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java
public void bindAllApplications(final ArrayList<AppInfo> apps) {
if (waitUntilResume(mBindAllApplicationsRunnable, true)) {
mTmpAppsList = apps;
return;
}
if (mAppsView != null) {
//1
mAppsView.setApps(apps);
}
if (mLauncherCallbacks != null) {
mLauncherCallbacks.bindAllApplications(apps);
}
}
在注释1处调用了 mAppsView的setApps，mAppsView是一个AllAppsContainerView类型的，我们查看它的setApps方法：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/allapps/AllAppsContainerView.java
private final AlphabeticalAppsList mApps;
public void setApps(List<AppInfo> apps) {
mApps.setApps(apps);
}
这里我们查看onFinishInflate函数
private AllAppsRecyclerView mAppsRecyclerView;
@Override
protected void onFinishInflate() {
super.onFinishInflate();
//1 初始化控件
mAppsRecyclerView = (AllAppsRecyclerView) findViewById(R.id.apps_list_view);
//2 传递应用
mAppsRecyclerView.setApps(mApps);
mAppsRecyclerView.setLayoutManager(mLayoutManager);
//3 设置adapter
mAppsRecyclerView.setAdapter(mAdapter);
mAppsRecyclerView.setHasFixedSize(true);
mAppsRecyclerView.addOnScrollListener(mElevationController);
mAppsRecyclerView.setElevationController(mElevationController);
}
onFinishInflate在xml加载完成之后就会调用，这里launcher中app的显示逻辑和我们平时将数据显示到一个RecyclerView上基本一致，所以这里也比较好理解。
4 Android系统启动流程
在此对整个Android系统启动流程做一个全面的总结：
1 按Power键启动电源及系统启动
当按下电源键，引导芯片代码开始从固化在ROM中预定义的地方开始执行，加载引导程序Bootloader到RAM，然后执行引导程序。
2 引导程序Bootloader
引导程序是Android操作系统被拉起来之前的一个程序，类似于window一样，它的作用就是把系统拉起运行起来。它是针对特定的主板与芯片的。设备制造商要么使用很受欢迎的引导程序比如redboot、uboot、qibootloader或者开发自己的引导程序，它不是Android操作系统的一部分。引导程序是OEM厂商或者运营商加锁和限制的地方。
3 linux内核启动
Android内核与桌面linux内核启动的方式差不多。内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表，加载驱动。当内核完成系统设置，它首先在系统文件中寻找”init”文件，然后启动root进程或者系统的第一个进程。
4 init进程启动
创建和挂载启动所需要的文件目录，初始化和启动属性服务，解析init.rc配置并且启动Zygote进程。
5 Zygote进程启动
创建JavaVM并为JavaVM注册JNI，创建服务端Socket，启动SystemServer进程。
6 SystemServer进程启动
启动Binder线程池和SystemServiceManager，并且启动各种系统服务。
7 Launcher启动
被SystemServer进程启动的ActivityManagerService会启动Launcher，Launcher启动后会将已安装应用的快捷图标显示到界面上。
5 面试题
1 Android系统启动流程? 答案如上所述
2 什么是写时拷贝(copy- on-write)？
写时拷贝copy_on_write技术: fork的实现是使用copy_on_write技术实现的，它是一种可以推迟甚至避免拷贝的技术，内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间，只有在子进程真正需要写入数据的时候才会赋值地址空间，从而使得每个进程拥有自己的进程空间，也就是说资源的复制是在需要写入数据的时候才会进行，在此之前只会以只读的形式共享。
3 孤儿进程和僵尸进程是什么？
fork系统调用之后，父子进程将交替执行，执行顺序不定。如果父进程先退出，子进程还没退出那么子进程的父进程将变为init进程（托孤给了init进程）。（注：任何一个进程都必须有父进程）如果子进程先退出，父进程还没退出，那么子进程必须等到父进程捕获到了子进程的退出状态才真正结束，否则这个时候子进程就成为僵进程（僵尸进程：只保留一些退出信息供父进程查询).
4 system_server 为什么要在 Zygote 中启动，而不是由 init 直接启动呢？
Zygote 作为一个孵化器，可以提前加载一些资源，这样 fork() 时基于 Copy-On-Write 机制创建的其他进程就能直接使用这些资源，而不用重新加载。比如 system_server 就可以直接使用 Zygote 中的 JNI函数、共享库、常用的类、以及主题资源。
5 为什么要专门使用 Zygote 进程去孵化应用进程，而不是让 system_server 去孵化呢？
system_server 相比 Zygote 多运行了 AMS、WMS 等服务，这些对一个应用程序来说是不需要的。另外进程的 fork() 对多线程不友好，仅会将发起调用的线程拷贝到子进程，这可能会导致死锁，而system_server 中肯定是有很多线程的。
6 多线程的进程fork调用为什么会导致死锁？
多线程的进程的fork调用：复制整个用户空间的数据（通常使用 copy-on-write 的策略，
所以可以实现的速度很快）以及所有系统对象，然后仅复制当前线程到子进程。这里：所有父进程中别的线程，到了子进程中都是突然蒸发掉的假设这么一个环境，在 fork 之前，有一个子线程 lock 了某个锁，获得了对锁的所有权。fork 以后，在子进程中，所有的额外线程都人间蒸发了。而锁却被正常复制了，在子进程看来，这个锁没有主人，所以没有任何人可以对它解锁。当子进程想 lock 这个锁时，不再有任何手段可以解开了。程序发生死锁
7 Zygote 为什么不采用 Binder 机制进行 IPC 通信？
Binder 机制中存在 Binder 线程池，是多线程的，如果 Zygote 采用 Binder 的话就存在上面说的fork() 与 多线程的问题了。其实严格来说，Binder 机制不一定要多线程，所谓的 Binder 线程只不过是在循环读取 Binder 驱动的消息而已，只注册一个 Binder 线程也是可以工作的，比如 service manager就是这样的。实际上 Zygote 尽管没有采取 Binder 机制，它也不是单线程的，但它在 fork() 前主动停止了其他线程，fork() 后重新启动了。