Android-APP启动流程
引言
Android系统非常庞大、错综复杂，其底层是采用Linux作为基底，上层采用包含虚拟机的Java层以及Native层，通过系统调用(Syscall)连通系统的内核空间与用户空间。用户空间主要采用C++和Java代码，通过JNI技术打通用户空间的Java层和Native层(C++/C)，从而融为一体。
Google官方提供了一张经典的四层架构图，从下往上依次分为Linux内核、系统库和Android运行时环境、框架层以及应用层这4层架构，其中每一层都包含大量的子模块或子系统。
系统启动
| 序号 | 进程启动 | 概述 |
|---|---|---|
| 1 | init进程 | Linux系统中用户空间的第一个进程, Init.main |
| 2 | zygote进程 | 所有Ａpp进程的父进程, ZygoteInit.main |
| 3 | system_server进程 | 系统各大服务的载体 |
| 4 | servicemanager进程 | binder服务的大管家, 守护进程循环运行在binder_loop |
| 5 | app进程 | 通过Process.start启动App进程, ActivityThread.main |
AMS
AMS功能概述
- 组件状态管理：包括四大组件的开启，关闭等一系列操作。如startActivity,startActivityAndWait,activityPaused,startService,stopService,removeContentProvider等
- 组件状态查询：查询组件当前运行等情况。如getCallingActivity,getService等
- Task相关：包括removeTask,removeSubTask,moveTaskBackwards,moveTaskToFront等
AMS是通过ActivityStack及其他数据结构来记录，管理系统中的Activity及其他组件状态的，并提供查询功能的一个系统服务。
AMS启动
-
AMS在SystemServer的main()中启动。看代码：
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}
看run方法
private void run() {
//创建消息Looper
Looper.prepareMainLooper();
//加载动态库
System.loadLibrary("android_servers");
//创建系统Context
createSystemContext();
//创建SystemManager
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
//启动引导服务
startBootstrapServices();
//启动核心服务
startCoreServices();
//启动其他服务
startOtherServices();
//开启消息循环
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
可以看到，这里创建了SystemManager，然后在startBootstrapServices()中用SystemManager创建了AMS，看代码：
private void startBootstrapServices() {
//创建AMS
mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
}
可以看到这里调用了SystemManager.startService()，并传入了ActivityManagerService.Lifecycle来创建AMS，看代码：
public T startService(Class serviceClass) {
//通过反射的方式创建service，并调用了构造方法
Constructor constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);
service = constructor.newInstance(mContext);
//调用startService
startService(service);
return service;
}
这里首先通过反射的方式创建了service，并调用了它的构造，最后调用()。startService0这个serviceClass是传进来的ActivityManagerService.Lifecycle，看一下这个类：
public static final class Lifecycle extends SystemService {
private final ActivityManagerService mService;
public Lifecycle(Context context) {
super(context);
//在构造里创建AMS
mService = new ActivityManagerService(context);
}
@Override
public void onStart() {
//调用AMS的start()
mService.start();
}
//返回AMS
public ActivityManagerService getService() {
return mService;
}
}
可以看到构造里构造了AMS。那么再看上一步的startService()
public void startService(@NonNull final SystemService service) {
//将创建的service保存到ArrayList类型的mServices中，完成注册
mServices.add(service);
//调用ActivityManagerService.Lifecycle的onStart()
service.onStart();
}
这里传入的service就是AMS，将它保存到ArrayList类型的mServices中完成注册，最后调用了service.onStart()，从上一步可知，最后调用的是AMS的start()。同样从上一步可知getService()也返回的是构造的AMS。
那么到这里AMS就启动并且返回了。
在这张图中，绿色的部分是在SDK中开放给应用程序开发人员的接口，蓝色的部分是一个典型的Proxy模式，红色的部分是底层的服务实现，是真正的动作执行者。这里的一个核心思想是Proxy模式。
APP启动
Activity启动
在经过前文的学习以后，我们一起来整理一下Activity的启动机制。就从Activity的startActivity()函数开始吧。
startActivity()函数调用了startActivityForResult()函数，该函数有源码如下：
public void startActivityForResult(Intent intent, int requestCode) {
……
Instrumentation.ActivityResult ar =
mInstrumentation.execStartActivity(
this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,
intent, requestCode);
……
}
可见，功能被委托给Instrumentation对象来执行了。这个类的功能是辅助Activity的监控和测试，在此我们不详细描述，我们来看它的execStartActivity()函数。
public ActivityResult execStartActivity(
Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
Intent intent, int requestCode) {
……
try {
int result = ActivityManagerNative.getDefault()
.startActivity(whoThread, intent,
intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
null, 0, token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
requestCode, false, false);
checkStartActivityResult(result, intent);
} catch (RemoteException e) {
}
return null;
}
在这个函数里，我们看到了前文熟悉的ActivityManagerNative.getDefault()，没错，利用了ActivityManagerService。通过前文的线索，利用Proxy模式，我们可以透过ActivityManagerProxy，通过Binder的transact机制，找到真正的动作执行者，即ActivityManagerService类的startActivity()函数，并沿此线索继续追踪源码，在startActivityLocked()函数里边看到了mWindowManager.setAppStartingWindow的语句调用，mWindowManager是WindowManagerService对象，用于负责界面上的具体窗口调试。
通过这样的源码追踪，我们了解到了Activity启动的底层实现机制，也加深了对Proxy模式和Binder机制的理解。
Android启动
init
init程序：创建用户空间
init处理的重要事情:
1.挂载文件
2.设置selinux – 安全策略
3.开启属性服务,注册到epoll中
4.解析init.rc
5.循环处理脚本-- 启动zygote
6.循环等待
init.rc :启动zygot
zygote
zygote的cpp启动： AndroidRuntime：start启动android环境 ->启动startVM（虚拟机）：一系列初始化-》startReg（注册JNI）->
env->CailstaticVoidMethod(startClass，startMeth，strArray); --》 main@ZygoteInit
zygote的java启动:
1、preload(bootTimingsTraceLog); // 预加载，加快进程的启动
2、zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote); //socket
3、Runnable r = forkSystemServer // 启动 systemServer 进程，AMS
4、caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);// 死循环，接收AMS传过来的消息
zygote总结：
1、初始化运行环境，创建jvm
2、注册jni
3、调用zygote.main
java
1、预加载
2、socket
3、循环等待
进程和虚拟机是什么关系？
zygote进程 ->startVm 启动虚拟机（进程里面）（虚拟机实现内存管理功能）
1、多个进程，每个进程里都有一个虚拟机JVM、Native
2、zygote也是一个进程，负责初始化jvm，fork其他进程
为什么使用socket通信，不使用binder？
答：因为binder是多线程运行，fork的时候是复制，锁在线程上，fork的时候线程没有了，导致无法解锁，造成死锁
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid,
parsedArgs.mGids,
parsedArgs.mRuntimeFlags,
null,
parsedArgs.mPermittedCapabilities,
parsedArgs.mEffectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
/* For child process */
//判断pid 是否为0 如果是0，则为孩子进程的id就说明的zygote进程，不是0则为自己zygote
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
//关掉子进程的socket服务器关掉
zygoteServer.closeServerSocket();
//调用zygoteInit -》 native void nativeZygoteInit() 调用jni方法
return handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
SystemServer
理解： SystemServer就是系统用来启动service的入口。
Android系统在启动的时候,在启动两个重要的进程，一个是Zygote进程
另一个是由zygote进程fork出来的system_server进程;
SystemServer会启动我们在系统中所需要的一系列service
1、startServer里由SystemSeriveManager进行管理，服务都要继承SystemSerice。
共有两种方式：
a、内部类，继承SystemSerice，解决了只能集成一个父类的问题。
ActivityTaskManagerService、ActivityManagerService等，因为需要提供给APP使用，必须继承binder服务，所以使用了内部类继承SystemSerice
SystemServer.java ->
//SystemServer里启动ActivityTaskManagerService
ActivityTaskManagerService atm = mSystemServiceManager.startService(
ActivityTaskManagerService.Lifecycle.class).getService();
ActivityTaskManagerService.java ->
public class ActivityTaskManagerService extends IActivityTaskManager.Stub {
public static final class Lifecycle extends SystemService {
private final ActivityTaskManagerService mService;
public Lifecycle(Context context) {
super(context);
mService = new ActivityTaskManagerService(context);
}
@Override
public void onStart() {
//将ATMS注册到ServerManage里（binder），服务注册，客户端可使用
publishBinderService(Context.ACTIVITY_TASK_SERVICE, mService);
mService.start();
}
@Override
public void onUserUnlocked(@NonNull TargetUser user) {
synchronized (mService.getGlobalLock()) {
mService.mTaskSupervisor.onUserUnlocked(user.getUserIdentifier());
}
}
@Override
public void onUserStopped(@NonNull TargetUser user) {
synchronized (mService.getGlobalLock()) {
mService.mTaskSupervisor.mLaunchParamsPersister
.onCleanupUser(user.getUserIdentifier());
}
}
public ActivityTaskManagerService getService() {
return mService;
}
}
}
b、直接继承:PowerManagerService extends SystemService
SystemServer.java ->
mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);
public final class PowerManagerService extends SystemService
管理90多个服务
Android系统启动面试
主要分为三步，init、zygote、systemserve。
init：
创建用户空间
init处理的重要事情:
1.挂载文件
2.设置selinux – 安全策略
3.开启属性服务,注册到epoll中
4.解析init.rc
5.循环处理脚本-- 启动zygote
6.循环等待
init.rc :启动zygot
zygote：
1、初始化运行环境，创建jvm
2、注册jni
3、调用zygote.main（java层）
zygote.main（java层）:
1、预加载
2、创建socket服务
3、fork systemServer 进程
4、执行systemServer的main方法
5、循环监听是否需要fork进程
SystemServer
负责管理和启动70多个不同的服务，AMS,WMS,电源等。内部有systemServeiceManager对SystemService进行管理，电池等服务都要继承SystemService，AMS，ATMS这些需要继承binder的方法就会使用内部类的方式，去关联SystemService
AMS面试
android10.0之前，startActivity启动的是system_server里的AMS，10.0之后是ATMS。
AMS
ActivityTaskManageService作用：对Activity的管理
ActivityManageService作用：对四大组件的管理,启动注册进程的一些服务（如下代码）
ActivityManageService.java
public void setSystemProcess() {
try {
// 注册服务activity
ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, /* allowIsolated= */ true,DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL |DUMP_FLAG_PRIORITY_NORMAL|DUMP_FLAG_PROTO);
// 注册服务procstats，进程状态
ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);
//注册服务meminfo，内存信息
ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this), /* allowIsolated= */ false,
DUMP_FLAG_PRIORITY_HIGH);
//注册服务qfxinfo，图像信息
ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));
//注册服务dbinfo，数据库信息
ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));
//注册服务cpuinfo，cpu信息
mAppProfiler.setCpuInfoService();
//注册服务permission和processinfo，权限和进程信息
ServiceManager.addService("permission", new PermissionController(this));
//注册进程信息
ServiceManager.addService("processinfo", new ProcessInfoService(this));
//注册缓存信息
ServiceManager.addService("cacheinfo", new CacheBinder(this));
}
}
注册服务。首先将ActivityManagerService注册到ServiceManager中，其次将几个与系统性能调试相关的服务注册到ServiceManager。
查询并处理Applicationlnfo。首先调用PackageManagerService的接口，查询包名为android的应用程字的Applicationlnfo信息，对应于framework-res.apk。然后以该信息为参数调用ActivityThread上的installSystemApplicationlnfo方法
创建并处理ProcessRecord，调用ActivityManagerService上的newProcessRecordLocked，创建一ProcessRecord类型的对象，并保存该对象的信息
执行Activity的启动
第一阶段：启动的Activity的各种参数进行解读
第二阶段：ActivityStack，处理栈里的要启动和未启动的Activity进行管理和处理，再真正的进行startActivity，将启动的事件封装成clinentTransaction，里面包含了启动Activity的所有的命令
第三阶段：将clinentTransaction命令，通过跨进程通信，转交给app，执行onResume、onCreate等方法
第四阶段：空闲的时候，发命令给ATMS，ATMS也是一样传命令给ActivityA，执行stop
AMS
关键函数：
ActvityManagerServcie的重要功能:
start()函数知道: 1)启动 CPU 监控线程; 2) 注册电池状态和权限管理服务
startObservingNativeCrashes（）函数知道： 监听所有的crash事件
setSystemProcess()函数知道： 添加各种管理app状态信息的服务还有进程等等信息，以及初始化
processList：有Activity的基本参数
AMS持有 ProcessList 去管理 ProcessRecord（代表一个APP进程） ——》AppThread
第一个流程
解读参数
启动黑白屏的时候，Activity的进程还没启动，因为启动Activity是很漫长的过程
先启动黑白屏，再启动Activity
window的显示
第二个流程
A -》 B 先创建进程，再
AMS：app进程封装clientTransaction schele