Android应用启动流程：从启动到可交互的过程解析

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专注于分享各领域原创系列文章 ，擅长java后端、移动开发、人工智能等，希望大家多多支持。

一、导读

我们继续总结学习Android 基础知识，温故知新。

还是在多年前做系统应用开发的时候，通过编译源码学习了一遍APP的启动过程，
最近在整理应用启动优化相关的文档，打算重新梳理一遍，并整理成一个通俗易懂的文档，以备后面查看。
在学习过程中，大家最好是把源码下载下来。

1.1 启动知识储备

启动过程比较复杂，涉及到的知识点非常多，建议通过其他文章进行学习。

1.2 Zygote进程

Zygote进程是Android设备启动时由init进程创建和启动，之后不断接收来自应用程序的请求。
Zygote进程预先创建一个虚拟机和一些共享资源，以提高应用程序的启动速度和系统资源的利用效率。
同时，Zygote进程也负责处理应用程序进程的环境初始化和加载核心类库等操作。
每当有新的应用程序启动请求到达时，Zygote进程会fork出一个子进程（应用程序进程）来运行该应用程序。

1.3 SystemServer进程

SystemServer进程是Android操作系统的一个关键进程，它在设备启动时由init进程创建的。

SystemServer进程是一个守护进程，在系统运行期间一直存在，负责启动和管理各个核心系统服务，如AMS、Window Manager、Package Manager等。

1.4 AMS（Activity Manager Service）

AMS（Activity Manager Service）是SystemServer进程中的一个关键组件，负责管理所有应用程序的生命周期和交互。它监控应用程序的启动、暂停、恢复和销毁，
并协调应用程序之间的切换和交互。除此之外，AMS还处理任务栈管理、权限管理、用户通知等相关任务。

1.5 APP进程（ActivityThread）

APP进程是指在Android系统中运行的应用程序进程。每个运行的应用程序都会分配一个或多个独立的APP进程来承载应用的执行环境。
每个APP进程都是Zygote进程通过fork系统调用创建的子进程。

ActivityThread 是Android应用程序的主线程，负责管理和调度应用程序中的所有Activity的生命周期以及处理一些系统事件。

ActivityThread的主要职责包括：

1. 创建和启动应用程序的主Activity。
2. 处理应用程序的消息循环，接收和分发来自系统和应用程序的消息。
3. 管理应用程序的所有Activity的生命周期，包括创建、启动、暂停、恢复、停止和销毁等。
4. 处理应用程序的资源加载和更新，包括布局文件、图片、字符串等资源的加载。
5. 处理应用程序的窗口管理，包括窗口的创建、显示、隐藏和更新等操作。
6. 与AMS (Activity Manager Service)通信，处理Activity的启动、停止、切换等请求，并接收来自AMS的指令和请求。
7. 处理应用程序的异常错误，包括崩溃、ANR (Application Not Responding)等情况的处理。

二、启动流程概览

涉及到多个进程之间的通信：
1、用户点击图标后，Laucher（手机桌面）会通过binder的方式通知SystemServer进程。
2、SystemServer收到信息，内部的AMS（Activity Manager Service）通知Zygote去创建APP进程，通过反射调用ActivityThread.main方法，即创建主线程。
3、APP进程创建后（Zygote进行fork），通过回调通知AMS。
4、AMS收到信息后经过一些列调用，通知APP进程（ActivityThread）创建Application
5、Application 之后，继续执行调用到ClientLifecycleManager，进行Activity创建等过程

我们画个简单的图

下面贴一下代码：

2.1 用户点击桌面图标

Launcher获取到AMS的binder，之后进入到SystemServer进程。

然后调用的zygote进程，fork出一个新的app进程。

2.2 创建app进程

ActivityThread

应用进程启动的入口函数main()方法中，会调用Looper相关的初始化和循环方法，从而让主线程的Looper进入循环状态，保证app进程的一直运行状态

    public static void main(String[] args) {
        . ..
        //looper绑定主线程
        Looper.prepareMainLooper();
        
        创建ActivityThread
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false, startSeq);

        
        //looper开启无限循环读取消息
        Looper.loop();

            . ..
    }


    private void attach(boolean system, long startSeq) {
        
        if (!system) {
            . ..
            final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
            try {
                // 通知 AMS， 并将当前进程的binder句柄传给AMS绑定管理起来
                mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
            } catch (RemoteException ex) {
            }
            . ..
        }
        
        . ..
    }

attachApplication 这个流程会分两步:
1、创建应用的application对象
2、activity启动显示

2.3 创建 application

IActivityManager.aidl

    void attachApplication(in IApplicationThread app, long startSeq);

ActivityManagerService

// 这里接受APP传递过来的消息
    @Override
    public final void attachApplication(IApplicationThread thread, long startSeq) {
        synchronized (this) {
            // 通过 Binder 获取 PID ，PID和UID都是进程创建应用的时候系统指定的
            int callingPid = Binder.getCallingPid();
            final int callingUid = Binder.getCallingUid();
            final long origId = Binder.clearCallingIdentity();
            
            attachApplicationLocked(thread, callingPid, callingUid, startSeq);
        }
    }


    @GuardedBy("this")
    private final boolean attachApplicationLocked(IApplicationThread thread,
            int pid, int callingUid, long startSeq) {

    
        // *** 1、通知APP进程进行初始化操作，初始化application，创建应用进程的application对象
        if (app.isolatedEntryPoint != null) {
                
        } else if (app.instr != null) {
            thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, ...);
        } else {
            thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, ...);
        }

        
        // *** 2、 通知APP拉起指定的MainActivity，调用ATMS的启动页面的方法，后面继续介绍
        // See if the top visible activity is waiting to run in this process...
        if (normalMode) {
            try {
                if (mStackSupervisor.attachApplicationLocked(app)) {
                    didSomething = true;
                }
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }

IApplicationThread.aidl

void bindApplication(in String packageName, in ApplicationInfo info, ...);

我们来看看 Application 是如何创建的
ActivityThread

由AMS调用过来，具体看上面的代码
public final void bindApplication(String processName, ApplicationInfo appInfo, ...) {

        sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data);
}

public void handleMessage(Message msg) {
    
    switch (msg.what) {
        case BIND_APPLICATION:
            
        AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;
        handleBindApplication(data);
        break;
        
        . ..
    }
}


private void handleBindApplication(AppBindData data) {

    Application app;
    try{
        classLoader加载APK中的dex，并且加载APK的资源
        final LoadedApk pi = getPackageInfo(instrApp, data.compatInfo,
                appContext.getClassLoader(), false, true, false);
        final ContextImpl instrContext = ContextImpl.createAppContext(this, pi);

        通过 calssLoader 来创建 application 对象
        app=data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode,null);


        try{
            调用Application的onCreate
        
            mInstrumentation.onCreate(data.instrumentationArgs);
        }catch(Exception e){
        }
        try{
            mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
        }catch(Exception e){

        }
    } ... 
}


public Application newApplication(ClassLoader cl, String className, Context context) 。。{
    Application app = getFactory(context.getPackageName()).instantiateApplication(cl, className);
    app.attach(context);
    return app;
}


(Application) cl.loadClass(className).newInstance();

2.4 activity启动显示

接着上面的代码 mStackSupervisor.attachApplicationLocked(app)；

ActivityStackSupervisor
方法realStartActivityLocked();

    boolean attachApplicationLocked(ProcessRecord app) throws RemoteException {
        final String processName = app.processName;
        boolean didSomething = false;
            
        
        Activity启动的入口
        try {
            if (realStartActivityLocked(activity, app, top == activity, true)) {
                
            }
        } catch (RemoteException e) {
        }
        return didSomething;
    }

    真的开始启动 activity
    final boolean realStartActivityLocked(ActivityRecord r, ProcessRecord app,
            boolean andResume, boolean checkConfig) throws RemoteException {

            // Create activity launch transaction.
            final ClientTransaction clientTransaction = ClientTransaction.obtain(app.thread,
                    r.appToken);
                    clientTransaction.addCallback(LaunchActivityItem.obtain(new Intent(r.intent),
                    System.identityHashCode(r), r.info,
                    // TODO: Have this take the merged configuration instead of separate global
                    // and override configs.
                    mergedConfiguration.getGlobalConfiguration(),
                    mergedConfiguration.getOverrideConfiguration(), r.compat,
                    r.launchedFromPackage, task.voiceInteractor, app.repProcState, r.icicle,
                    r.persistentState, results, newIntents, mService.isNextTransitionForward(),
                    profilerInfo));
            
            // Schedule transaction.
            mService.getLifecycleManager().scheduleTransaction(clientTransaction);
    }

ActivityManagerService

    ClientLifecycleManager getLifecycleManager() {
        return mLifecycleManager;
    }
    

ClientLifecycleManager

    通过代码，我们可以看到，获取的client就是 ActivityThread，IApplicationThread是一个AIDL文件
    void scheduleTransaction(ClientTransaction transaction) throws RemoteException {
        final IApplicationThread client = transaction.getClient();
        transaction.schedule();
        
    }

ClientTransaction

        
    /** Target client. */
    private IApplicationThread mClient;
    
    public void schedule() throws RemoteException {
        mClient.scheduleTransaction(this);
    }

ClientTransactionHandler

    //ActivityThread中没有复写scheduleTransaction，会执行到父类的方法
    //public final class ActivityThread extends ClientTransactionHandler
    //ClientTransactionHandler.java
    public abstract class ClientTransactionHandler {
    
        void scheduleTransaction(ClientTransaction transaction) {
            transaction.preExecute(this);
            //发送消息
            sendMessage(ActivityThread.H.EXECUTE_TRANSACTION, transaction);
        }
    }

ActivityThread.java

    case EXECUTE_TRANSACTION:
        final ClientTransaction transaction = (ClientTransaction) msg.obj;
        mTransactionExecutor.execute(transaction);
        break;
        

继续一系列调用

最后调用到ActivityThread，创建并启动Activity，由于篇幅原因，Activity资源加载相关的内容我们在另一篇文章介绍。

    /**
     * Extended implementation of activity launch. Used when server requests a launch or relaunch.
     */
    @Override
    public Activity handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r,
            PendingTransactionActions pendingActions, Intent customIntent) {

        final Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);


        return a;
    }

    Activity实例化过程
    
    /**  Core implementation of activity launch. */
    private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {

        Activity activity = null;
        try {
            // 通过反射实例化Activity对象
            java.lang.ClassLoader cl = appContext.getClassLoader();
            activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);
        } catch (Exception e) {
        }
        
        window
            
        theme
        
        //当实例化Activity对象后，继续执行callActivityOnCreate
        if (r.isPersistable()) {
            mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state, r.persistentState);
        } else {
            mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);
        }
    }

接下来就是执行 Activity 生命周期函数

所用的源码不同，代码可能会有些许差别。

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