ActivityThread

ActivityThread运行框架

在分析中，我们可以看到真正对应应用进程的不是Application而是ActivityThread。我们从实际的应用堆栈可以看到：

NaiveStart.main()

        ZygoteInit.main

           ZygoteInit$MethodAndArgsCall.run

              Method.Invoke

                                       method.invokeNative

                     ActivityThread.main()

                         Looper.loop()

                                                                 ....

 每个应用程序都以ActivityThread.main()为入口进入到消息循环处理。对于一个进程来讲，我们需要这个闭合的处理框架。

ActivitiyThread是应用程序概念空间的重要概念，他建立了应用进程运行的框架，并提供了一个IActivityThread接口作为与 Activity Manager Service的通讯接口.通过该接口AMS可以将Activity的状态变化传递到客户端的Activity对象。

以前一直都说Activity的人口是onCreate方法。其实android上一个应用的入口，应该是ActivityThread。和普通的java类一样，入口是一个main方法。

public static final void main(String[] args) {
        SamplingProfilerIntegration.start();
       ……
        Looper.prepareMainLooper();
        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = new Handler();
        }
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);
       ……
        Looper.loop();
       ……
        thread.detach();
        ……
        Slog.i(TAG, "Main thread of " + name + " is now exiting");
    }

下面仔细分析一下这个main方法。

2.Looper.prepareMainLooper();

ActivityThread其实就是我们经常说的UI thread，也就是主线程。我们都知道主线程可以使用Handler进行异步通信，因为主线程中已经创建了Looper，而这个Looper就是在这里创建的。如果其他线程需要使用Handler通信，就要自己去创建Looper。

3. sMainThreadHandler = new Handler();

创建一个Handler。

4. ActivityThread thread = new ActivityThread();

创建ActivityThread 对象。

ActivityThread 有几个比较重要的成员变量，会在创建ActivityThread对象时初始化。

（1）final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();

ApplicationThread继承自ApplicationThreadNative， 而ApplicationThreadNative又继承自Binder并实现了IApplicationThread接口。IApplicationThread继承自IInterface。这是一个很明显的binder结构，用于于Ams通信。IApplicationThread接口定义了对一个程序（linux的进程）操作的接口。ApplicationThread通过binder与Ams通信，并将Ams的调用，通过下面的H类（也就是Hnalder）将消息发送到消息队列，然后进行相应的操作，入activity的start， stop。

（2）final H mH = new H();

          private final class H extends Handler

mH负责处理ApplicationThread发送到消息队列的消息，例如：

public void handleMessage(Message msg) {
            if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + msg.what);
            switch (msg.what) {
                case LAUNCH_ACTIVITY: {
                    ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;

                    r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                            r.activityInfo.applicationInfo);
                    handleLaunchActivity(r, null);
                } break;

5. handleLaunchActivity(r, null);

从名字中就可以看出，这里就将进行启动activity的工作了。

方法中主要调用了这一句：

Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);

6. performLaunchActivity（）

进行了一些初始化和赋值操作后，创建activity。

activity = mInstrumentation.newActivity(
                    cl, component.getClassName(), r.intent);

然后调用：

mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);

这一句就会调用到acitivity的onCreate方法了，就进入了大多数应用开发的入口了。

在阅读SDK文档和研究Activity这个概念时，我感觉到了在Android中若隐若现的Android自由无边界这个设计意图。Android的应用只是一个虚的概念，并没有实际的入口，这个不像Window平台上的应用程序的概念，Android更多的是提供组件（Components）的概念。为什么要虚化应用的概念？我想这个虚化就是自由无边界设计意图的直接体现。突出请求和服务，突出组件个体，弱化边界，系统的各个组件可以自由的无边界的交流，服务请求者直接发出请求，不论这个对象在何处和属于谁的，组件是自由独立的个体，一个应用程序可以直接请求使用其他的应用的的组件，这个是Android应用框架设计的核心理念，其他的一切都是在为这个核心理念服务。

让程序员忽略应用的概念，甚至彻底的抛弃进程这样的概念，程序员看到的就是一个一个的组件，应用程序员利用这些组件来架构成一个所谓的应用，那么设计者首先要考虑的是什么呢？我想应该是一个抽象的应用模型，在这个模型下产生概念和接口。

Android则是彻底的组件化思想构建，一开始的应用程序概念就是Activity，Service,Broadcast receivers，ContentProvider,Intent，Task。这些概念体现了一个人机交互的模型本质：

界面呈现

发起请求,响应请求

内容交互

消息接收处理

 

Activity是Android应用的核心概念，简而言之Activity为用户交互管理者，有一个可视界面呈现，而Service跟Activity的区别是他在后台运行，没有界面呈现。而Intent的意义是意图，他在Android的概念空间中，代表消息，这个消息代表了请求的意图。

Activity可以到处存在，提供服务，消除空间差别，Activity是一个独立的个体，更能表现面向对象的实质。这个个体需要接受另外的个体的消息，可以随时发起对另外一个个体的请求。个体是自由的，Android中你可以开始一个Activity，但是没有权利消灭一个Activity，这是个体权利的体现，个体的消灭是由系统决定的，这个就是Android中Activity蕴含的人文意义。

ActivityThread:

ActivityThread主要用来启动应用程序的主线程，并且管理在应用端跟用户打交道的activity。在应用端的activity信息全部被存储在ActivityThread的成员变量mActivities中。

final HashMap<IBinder, ActivityRecord> mActivities= new  HashMap<IBinder, ActivityRecord>(); 

也就是说，在mActivities中，记录了应用程序创建的所有activity实例记录，对应的是ActivityRecord。

ActivityThread是怎么启动应用程序的呢？ActivityThread中有一个main函数，在这个里面，将启动应用程序并建立消息循环。在之前也介绍过，系统会为主线程自动创建消息循环。

每个应用程序对应着一个ActivityThread实例，应用程序由ActivityThread.main打开消息循环。每个应用程序同时也对应着一个ApplicationThread对象。该对象是activityThread和ActivityManagerService之间的桥梁。

在attach中还做了一件事情，就是通过代理调用attachApplication，并利用binder的transact机制，在ActivityManagerService中建立了ProcessRecord信息。

ActivityManagerService和ActivityStack位于同一个进程中，而ApplicationThread和ActivityThread位于另一个进程中，这个就要看代码，后面有两篇文章可以参考：《Android应用程序进程启动过程的源代码分析》和《Android系统进程Zygote启动过程的源代码分析》。
Zygote进程启动System进程->System进程创建一个线程来启动ActivityManagerService->ActivityManagerService内部又会创建一个ActivityStack来维护系统的Activity组件堆栈。
ActivityManagerService请求Zygote进程创建一个应用程序进程->应用程序进程加载一个ActivityThread实例->ActivityThread实例在内部创建一个ApplicationThread实例，用来和ActivityManagerService通信。

客户端保存的Activities是ActivityRecord的形式，是放在ActivityThread的mAcitivities中的，一个应用一个ActivityThead.

ActivityStack::realStartActivityLocked()

->app.thread.scheduleLaunchActivity() --- ProcessRecord.IApplicationThread::scheduleL...

->ApplicationThread::scheduleLaunchActivity()

->ActivityThread::handleMessage() case LAUNCH_ACTIVITY

->ActivityThread::handleLaunchActivity(r, null)

->ActivityThread:: performLaunchActivity() --- mActivities.put(r.token, r);

服务端

AMS::startHomeActivityLocked()

->ActivityStack::startActivityLocked() --- mHistory.add(addPos, r);

1. 在客户端和服务端分别有一个管理activity的地方，服务端是在mHistory中，处于mHistory栈顶的就是当前处于running状态的activity，客户端是在mActivities中。
2. 在startActivity时，首先会在ActivityManagerService中建立HistoryRecord，并加入到mHistory中，然后通过scheduleLaunchActivity在客户端创建ActivityRecord记录并加入到mActivities中。最终在ActivityThread发起请求，进入消息循环，完成activity的启动和窗口的管理等

1. ActivityThread功能

    它管理应用进程的主线程的执行(相当于普通Java程序的main入口函数)，并根据AMS的要求（通过IApplicationThread接口，AMS为Client、ActivityThread.ApplicationThread为Server）负责调度和执行activities、broadcasts和其它操作。

    在Android系统中，在默认情况下，一个应用程序内的各个组件(如Activity、BroadcastReceiver、Service)都会在同一个进程(Process)里执行，且由此进程的【主线程】负责执行。

    在Android系统中，如果有特别指定(通过android:process)，也可以让特定组件在不同的进程中运行。无论组件在哪一个进程中运行，默认情况下，他们都由此进程的【主线程】负责执行。

    【主线程】既要处理Activity组件的UI事件，又要处理Service后台服务工作，通常会忙不过来。为了解决此问题，主线程可以创建多个子线程来处理后台服务工作，而本身专心处理UI画面的事件。

     【主线程】的主要责任：

       • 快速处理UI事件。而且只有它才处理UI事件， 其它线程还不能存取UI画面上的对象(如TextView等)，此时， 主线程就叫做UI线程。基本上，Android希望UI线程能根据用户的要求做出快速响应，如果UI线程花太多时间处理后台的工作，当UI事件发生时，让用户等待时间超过5秒而未处理，Android系统就会给用户显示ANR提示信息。

         只有UI线程才能执行View派生类的onDraw()函数。

      • 快速处理Broadcast消息。【主线程】除了处理UI事件之外，还要处理Broadcast消息。所以在BroadcastReceiver的onReceive()函数中，不宜占用太长的时间，否则导致【主线程】无法处理其它的Broadcast消息或UI事件。如果占用时间超过10秒， Android系统就会给用户显示ANR提示信息。

      注意事项：

      • 尽量避免让【主线程】执行耗时的操作，让它能快速处理UI事件和Broadcast消息。

      • BroadcastReceiver的子类都是无状态的，即每次启动时，才会创建其对象，然后调用它的onReceive()函数，当执行完onReceive()函数时，就立即删除此对象。由于每次调用其函数时，会重新创建一个新的对象，所以对象里的属性值，是无法让各函数所共享。   

1.1 Thread与SurfaceView

      View组件由UI线程(主线程)所执行。如果需要迅速更新UI画面或UI画图需要较长时间，则需要使用SurfaceView。它可由后台线程(background thread)来执行，而View只能由UI(主)线程执行。SurfaceView内有高效的rendering机制，可以让后台线程快速刷新Surface的内容。

      View ---> UI(主)线程

      SurfaceView ---> 后台线程   

2. Android应用程序主线程stack

    在一个只有Activity派生类的应用程序中，它包含如下线程:

    main线程stack如下：

 at android.os.MessageQueue.nativePollOnce(Native Method)
 at android.os.MessageQueue.next(MessageQueue.java:118)
 at android.os.Looper.loop(Looper.java:118)

 at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:4424)    // Java main入口函数

 at java.lang.reflect.Method.invokeNative(Native Method)
 at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:511)
 at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:784)
 at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:551)
 at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)

     JDWP线程stack如下：

 at org.apache.harmony.dalvik.ddmc.DdmVmInternal.getStackTraceById(Native Method)
 at android.ddm.DdmHandleThread.handleSTKL(DdmHandleThread.java:131)
 at android.ddm.DdmHandleThread.handleChunk(DdmHandleThread.java:77)
 at org.apache.harmony.dalvik.ddmc.DdmServer.dispatch(DdmServer.java:171)
 at dalvik.system.NativeStart.run(Native Method)

3. IApplicationThread关系图

4. ActivityThread类

   ActivityThread类即代表Application主线程。

4.1 类中关键信息

 /**
  * This manages the execution of the main thread in an
  * application process, scheduling and executing activities,
  * broadcasts, and other operations on it as the activity
  * manager requests.
  *
  * {@hide}
  */
 public final class ActivityThread {

     static ContextImpl mSystemContext = null;

     static IPackageManager sPackageManager;

     // 创建ApplicationThread实例，以接收AMS指令并执行
     final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();

     final Looper mLooper = Looper.myLooper();

     final H mH = new H();

     final HashMap<IBinder, ActivityClientRecord> mActivities
             = new HashMap<IBinder, ActivityClientRecord>();

     // List of new activities (via ActivityRecord.nextIdle) that should
     // be reported when next we idle.
     ActivityClientRecord mNewActivities = null;

     // Number of activities that are currently visible on-screen.
     int mNumVisibleActivities = 0;

     final HashMap<IBinder, Service> mServices
             = new HashMap<IBinder, Service>();

     Application mInitialApplication;

     final ArrayList<Application> mAllApplications
             = new ArrayList<Application>();

     static final ThreadLocal<ActivityThread> sThreadLocal = new ThreadLocal<ActivityThread>();
     Instrumentation mInstrumentation;

     static Handler sMainThreadHandler;  // set once in main()

     static final class ActivityClientRecord {
         IBinder token;
         int ident;
         Intent intent;
         Bundle state;
         Activity activity;
         Window window;
         Activity parent;
         String embeddedID;
         Activity.NonConfigurationInstances lastNonConfigurationInstances;
         boolean paused;
         boolean stopped;
         boolean hideForNow;
         Configuration newConfig;
         Configuration createdConfig;
         ActivityClientRecord nextIdle;

         String profileFile;
         ParcelFileDescriptor profileFd;
         boolean autoStopProfiler;

         ActivityInfo activityInfo;
         CompatibilityInfo compatInfo;
         LoadedApk packageInfo; //包信息，通过调用ActivityThread.getPapckageInfo而获得

         List<ResultInfo> pendingResults;
         List<Intent> pendingIntents;

         boolean startsNotResumed;
         boolean isForward;
         int pendingConfigChanges;
         boolean onlyLocalRequest;

         View mPendingRemoveWindow;
         WindowManager mPendingRemoveWindowManager;

         ...
     }


     private class ApplicationThread extends ApplicationThreadNative {

         private void updatePendingConfiguration(Configuration config) {
             synchronized (mPackages) {
                 if (mPendingConfiguration == null ||
                         mPendingConfiguration.isOtherSeqNewer(config)) {
                     mPendingConfiguration = config;
                 }
             }
         }

         public final void schedulePauseActivity(IBinder token, boolean finished,
                 boolean userLeaving, int configChanges) {
             queueOrSendMessage(
                     finished ? H.PAUSE_ACTIVITY_FINISHING : H.PAUSE_ACTIVITY,
                     token,
                     (userLeaving ? 1 : 0),
                     configChanges);
         }

         // we use token to identify this activity without having to send the
         // activity itself back to the activity manager. (matters more with ipc)
         public final void scheduleLaunchActivity(Intent intent, IBinder token, int ident,
                 ActivityInfo info, Configuration curConfig, CompatibilityInfo compatInfo,
                 Bundle state, List<ResultInfo> pendingResults,
                 List<Intent> pendingNewIntents, boolean notResumed, boolean isForward,
                 String profileName, ParcelFileDescriptor profileFd, boolean autoStopProfiler) {
             ActivityClientRecord r = new ActivityClientRecord();

             r.token = token;
             r.ident = ident;
             r.intent = intent;
             r.activityInfo = info;
             r.compatInfo = compatInfo;
             r.state = state;

             r.pendingResults = pendingResults;
             r.pendingIntents = pendingNewIntents;

             r.startsNotResumed = notResumed;
             r.isForward = isForward;

             r.profileFile = profileName;
             r.profileFd = profileFd;
             r.autoStopProfiler = autoStopProfiler;

             updatePendingConfiguration(curConfig);

             queueOrSendMessage(H.LAUNCH_ACTIVITY, r);
         }

         ...
     }

     private class H extends Handler {

         public void handleMessage(Message msg) {
             if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
             switch (msg.what) {
                 case LAUNCH_ACTIVITY: {
                     Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
                     ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;

                     r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                             r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
                     handleLaunchActivity(r, null);
                     Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
                 } break;
                 ...
             }
             if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, "<<< done: " + codeToString(msg.what));
         }

         ...
     }

     public static ActivityThread currentActivityThread() {
         return sThreadLocal.get();
     }


     public static void main(String[] args) {
         SamplingProfilerIntegration.start();

         // CloseGuard defaults to true and can be quite spammy.  We
         // disable it here, but selectively enable it later (via
         // StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
         CloseGuard.setEnabled(false);

         Environment.initForCurrentUser();

         // Set the reporter for event logging in libcore
         EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());

         Process.setArgV0("<pre-initialized>");

         Looper.prepareMainLooper();

         // 创建ActivityThread实例
         ActivityThread thread = new ActivityThread();
         thread.attach(false);

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

         AsyncTask.init();

         if (false) {
             Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                     LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
         }

         Looper.loop();

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

4.2 家族图谱

4.3 ActivityThread内部类

4.4 ActivityThread工作流程