Android Framework 之啟動流程

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Android 系統(tǒng)的啟動流程

Android 系統(tǒng)的啟動流程可以分為以下幾個主要步驟：

引導(dǎo)加載器（Bootloader）啟動：當(dāng)你打開一個 Android 設(shè)備時，首先啟動的是引導(dǎo)加載器。引導(dǎo)加載器負(fù)責(zé)啟動 Android 的核心操作系統(tǒng)。
Linux 內(nèi)核啟動：引導(dǎo)加載器加載并啟動 Linux 內(nèi)核。Linux 內(nèi)核負(fù)責(zé)啟動系統(tǒng)的底層硬件，并啟動 init 進(jìn)程。
Init 進(jìn)程啟動：init 進(jìn)程是 Linux 系統(tǒng)中的第一個進(jìn)程（PID = 1）。在 Android 系統(tǒng)中，init 進(jìn)程負(fù)責(zé)啟動一些重要的守護(hù)進(jìn)程和服務(wù)，例如 Zygote 進(jìn)程。
Zygote 進(jìn)程啟動：Zygote 是 Android 中的一個特殊進(jìn)程，負(fù)責(zé)孵化（Fork）出所有其他的應(yīng)用進(jìn)程。Zygote 進(jìn)程在啟動時會預(yù)加載大量的系統(tǒng)類和資源，以此來提高應(yīng)用啟動的速度。
SystemServer 進(jìn)程啟動：Zygote 進(jìn)程會 fork 出一個新的進(jìn)程來啟動 SystemServer。SystemServer 是 Android 系統(tǒng)中的核心服務(wù)，它管理并提供了許多系統(tǒng)級別的服務(wù)，例如窗口管理服務(wù)、活動管理服務(wù)等。
系統(tǒng)服務(wù)啟動：在 SystemServer 進(jìn)程中，會啟動各種系統(tǒng)服務(wù)。這些服務(wù)在系統(tǒng)啟動完成后，將一直運行，為應(yīng)用程序提供各種服務(wù)。
啟動 Launcher 應(yīng)用：系統(tǒng)服務(wù)啟動完畢后，Activity Manager Service 會啟動設(shè)備的 Launcher 應(yīng)用，此時，用戶可以開始與設(shè)備進(jìn)行交互。

這就是 Android 系統(tǒng)啟動的整個過程。請注意，這個過程可能會因設(shè)備制造商的定制和 Android 版本的不同而有所不同，但大體流程是相同的。

Launcher的啟動流程

Launcher 的啟動過程更具體的說明如下：

當(dāng) Android 系統(tǒng)啟動完成，并且所有的系統(tǒng)服務(wù)都已經(jīng)啟動后，ActivityManagerService （AMS）會開始處理用戶的交互。AMS 是 Android 中負(fù)責(zé)管理所有活動的系統(tǒng)服務(wù)。
AMS 會發(fā)送一個包含 ACTION_MAIN 和 CATEGORY_HOME 的 Intent。這個 Intent 的目的是尋找并啟動設(shè)備上配置為主屏幕（HOME）的應(yīng)用，通常這就是 Launcher 應(yīng)用。
這個 Intent 會通過 Android 的 Intent 解析系統(tǒng)，尋找所有能夠響應(yīng)這個 Intent 的應(yīng)用。由于 Launcher 在其清單文件（AndroidManifest.xml）中聲明了相應(yīng)的，因此它會被選中來響應(yīng)這個 Intent。
一旦 Launcher 被選中，AMS 就會請求 Launcher 啟動。如果這是設(shè)備第一次啟動，或者 Launcher 進(jìn)程尚未啟動，那么 AMS 會請求 Zygote 啟動一個新的進(jìn)程來托管 Launcher。如果 Launcher 進(jìn)程已經(jīng)存在，AMS 就會在該進(jìn)程中啟動新的 Launcher 活動實例。
當(dāng) Launcher 啟動后，它會創(chuàng)建并顯示用戶的主屏幕。這個屏幕上會顯示應(yīng)用的圖標(biāo)、小部件等，用戶可以通過這個界面啟動和切換應(yīng)用。

startActivity 詳細(xì)說明

發(fā)送 Intent：源應(yīng)用程序（App1）調(diào)用 startActivity 方法，傳遞一個 Intent。該 Intent 包含要啟動的目標(biāo)應(yīng)用程序（App2）的 Activity 的信息。
驗證權(quán)限和 Intent：在 ActivityManagerService (AMS) 中，startActivity 方法會對 Intent 進(jìn)行檢查和驗證。這包括驗證調(diào)用者的權(quán)限，查找 Intent 對應(yīng)的 Activity，處理各種啟動模式等。
判斷目標(biāo)應(yīng)用程序進(jìn)程狀態(tài)：接著，AMS 會判斷目標(biāo)應(yīng)用程序 App2 的進(jìn)程是否已經(jīng)存在。如果已經(jīng)存在，AMS 會使用已經(jīng)存在的進(jìn)程；如果不存在，AMS 會向 Zygote 發(fā)送請求，要求它創(chuàng)建一個新的進(jìn)程。
創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進(jìn)程：Zygote 在收到 AMS 的請求后，會創(chuàng)建一個新的應(yīng)用程序進(jìn)程，然后在這個進(jìn)程中創(chuàng)建一個 Application 對象，并執(zhí)行其 onCreate 方法。
創(chuàng)建 ActivityRecord：與此同時，AMS 會創(chuàng)建一個新的 ActivityRecord 對象，來代表要啟動的 Activity。
調(diào)度啟動 Activity：然后，AMS 會通過 Binder IPC 向新的應(yīng)用程序進(jìn)程發(fā)送一個 LAUNCH_ACTIVITY 消息。
接收 LAUNCH_ACTIVITY 消息：新的應(yīng)用程序進(jìn)程在接收到 LAUNCH_ACTIVITY 消息后，會創(chuàng)建目標(biāo) Activity 的實例，然后調(diào)用其 onCreate、onStart 和 onResume 方法。

ActivityManagerService 啟動

**ActivityManagerService (AMS) **是 Android 中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)服務(wù)之一，它負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)中的進(jìn)程，以及四大組件（Activity、Service、BroadcastReceiver 和 ContentProvider）的生命周期。這里將詳細(xì)解釋 AMS 的內(nèi)部啟動流程和工作流程：

AMS的啟動流程：

實例化：AMS 是在 SystemServer 中被實例化的。SystemServer 會首先創(chuàng)建一個 ContextImpl 對象，然后利用這個 ContextImpl 創(chuàng)建 AMS。

服務(wù)初始化：接下來，調(diào)用 AMS 的 init 方法進(jìn)行初始化，這個方法會創(chuàng)建和初始化一些需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和服務(wù)，比如 BroadcastQueue、IntentFirewall 和 ActivityStackSupervisor 等。

準(zhǔn)備完成：完成初始化后，調(diào)用 systemReady 方法來通知 AMS 系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒。在這個方法中，AMS 會完成一些后期初始化的工作，例如啟動系統(tǒng)的 Home Activity。

AMS的工作流程：

AMS 主要的工作就是管理系統(tǒng)中的四大組件和進(jìn)程。以下是它們分別的工作流程：

Activity的管理：AMS 使用 ActivityStackSupervisor 來管理系統(tǒng)中所有的 Activity。當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用 startActivity 方法時，會通過 Binder IPC 機制調(diào)用 AMS 中的 startActivity 方法。AMS 會根據(jù) Intent 解析出需要啟動的 Activity，創(chuàng)建一個 ActivityRecord 對象并添加到 ActivityStack 中。然后，AMS 會向應(yīng)用程序發(fā)送 LAUNCH_ACTIVITY 消息，告訴應(yīng)用程序啟動新的 Activity。

Service的管理：當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用 startService 或 bindService 方法時，AMS 會創(chuàng)建一個 ServiceRecord 對象來保存 Service 的狀態(tài)。然后，AMS 會向應(yīng)用程序發(fā)送 CREATE_SERVICE 或 BIND_SERVICE 消息，告訴應(yīng)用程序創(chuàng)建或綁定 Service。

BroadcastReceiver的管理：當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用 sendBroadcast 方法時，AMS 會創(chuàng)建一個 BroadcastRecord 對象，保存廣播的信息。然后，AMS 會將 BroadcastRecord 添加到 BroadcastQueue 中，等待處理。

ContentProvider的管理：當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用 getContentResolver().query() 或其他方法時，AMS 會查找對應(yīng)的 ContentProviderRecord，然后通過 Binder IPC 機制向目標(biāo) ContentProvider 發(fā)送請求。

進(jìn)程的管理：AMS 使用 ProcessList 和 ProcessRecord 來管理系統(tǒng)中的進(jìn)程。當(dāng)需要創(chuàng)建新的進(jìn)程時，AMS 會向 Zygote 發(fā)送請求，然后由 Zygote 創(chuàng)建新的進(jìn)程。同時，AMS 也負(fù)責(zé)進(jìn)程的調(diào)度和回收。

主要信息

startProcessLocked

在 Android 中，startProcessLocked() 方法主要是在 ActivityManagerService 中，用于啟動新的應(yīng)用進(jìn)程。這個方法會被系統(tǒng)在需要啟動新的應(yīng)用進(jìn)程時調(diào)用，例如，當(dāng)用戶啟動一個新的應(yīng)用或者服務(wù)需要在新的進(jìn)程中運行時。以下是一些主要的步驟和操作：

檢查是否已經(jīng)存在相同的進(jìn)程：首先，系統(tǒng)會檢查是否已經(jīng)存在一個相同名字的進(jìn)程。如果已經(jīng)存在，則不會再創(chuàng)建新的進(jìn)程。

檢查系統(tǒng)資源限制：系統(tǒng)會檢查當(dāng)前的系統(tǒng)資源，如內(nèi)存使用情況等，來決定是否有足夠的資源啟動新的進(jìn)程。

創(chuàng)建進(jìn)程記錄：如果可以啟動新的進(jìn)程，系統(tǒng)會創(chuàng)建一個新的 ProcessRecord 對象來保存新進(jìn)程的信息。

啟動新進(jìn)程：使用 Zygote 啟動新進(jìn)程。Zygote 是 Android 中的一個特殊進(jìn)程，它預(yù)加載了大量的系統(tǒng)資源和常用庫，新的應(yīng)用進(jìn)程會通過 fork Zygote 進(jìn)程的方式啟動，這樣可以提高進(jìn)程啟動的速度。

設(shè)置進(jìn)程的參數(shù)：系統(tǒng)會設(shè)置新進(jìn)程的各種參數(shù)，例如進(jìn)程的優(yōu)先級、所屬用戶等。

更新系統(tǒng)狀態(tài)：系統(tǒng)會更新當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)，例如更新當(dāng)前運行的進(jìn)程列表等。

runOnce

**runOnce()**方法在Android的Zygote進(jìn)程中非常關(guān)鍵，它是處理進(jìn)程啟動請求的主要邏輯。

在Android系統(tǒng)中，新的應(yīng)用進(jìn)程是通過fork Zygote進(jìn)程來創(chuàng)建的。具體來說，當(dāng)需要啟動新的應(yīng)用進(jìn)程時，系統(tǒng)會通過一個特殊的socket與Zygote進(jìn)程進(jìn)行通信，向Zygote進(jìn)程發(fā)送一個包含新進(jìn)程需要的信息的請求，Zygote進(jìn)程在接收到請求后，會執(zhí)行**runOnce()**方法來處理這個請求。

以下是runOnce()方法的主要步驟：

讀取請求參數(shù)：runOnce()方法首先會從Zygote socket中讀取請求參數(shù)，這些參數(shù)包括新進(jìn)程的一些信息，例如應(yīng)用的包名、啟動類名等。

fork新進(jìn)程：讀取完請求參數(shù)后，runOnce()方法會調(diào)用forkAndSpecialize()或forkSystemServer()方法來fork一個新的進(jìn)程。這兩個方法的主要區(qū)別在于，forkAndSpecialize()方法是用于創(chuàng)建普通的應(yīng)用進(jìn)程，而forkSystemServer()方法是用于創(chuàng)建System Server進(jìn)程。

初始化新進(jìn)程：fork新進(jìn)程后，**runOnce()**方法會對新進(jìn)程進(jìn)行一些初始化操作，例如設(shè)置新進(jìn)程的環(huán)境變量、加載應(yīng)用的dex文件等。

啟動新進(jìn)程的主類：初始化完成后，runOnce()方法會調(diào)用RuntimeInit.zygoteInit()方法來啟動新進(jìn)程的主類。對于普通的應(yīng)用進(jìn)程，主類通常是應(yīng)用的Application類；對于System Server進(jìn)程，主類是com.android.server.SystemServer類。

返回新進(jìn)程的PID：最后，**runOnce()**方法會將新進(jìn)程的PID返回給系統(tǒng)。這個PID是新進(jìn)程的唯一標(biāo)識，系統(tǒng)可以使用這個PID來管理新進(jìn)程。

ActivityThread的main函數(shù)

ActivityThread 是 Android 中的一個非常重要的類，它是每個 Android 應(yīng)用程序主線程的入口點，也就是應(yīng)用程序的主線程（“main” thread）。在 ActivityThread 的 main 方法中，執(zhí)行了一系列的初始化操作來啟動和設(shè)置應(yīng)用程序。

以下是 ActivityThread 的 main 方法主要做了哪些事情：

設(shè)置 Thread 屬性：主線程的名稱會被設(shè)置為** “main”**。

創(chuàng)建 Looper：在 Android 中，主線程需要一個 Looper 對象來處理消息隊列。Looper.prepareMainLooper() 方法會創(chuàng)建一個綁定到主線程的 Looper 對象。

創(chuàng)建 ActivityThread 對象：創(chuàng)建 ActivityThread 實例并調(diào)用其 attach 方法，這個方法會完成一些重要的初始化工作，包括設(shè)置應(yīng)用的上下文，創(chuàng)建應(yīng)用的 Instrumentation 對象等。

設(shè)置 Android 默認(rèn)的異常處理器：如果應(yīng)用拋出未捕獲的異常，這個處理器將會被調(diào)用。

開始循環(huán)：通過調(diào)用 Looper.loop() 來開始主線程的消息循環(huán)。

在應(yīng)用進(jìn)程啟動后，需要向 ActivityManagerService (AMS) 報告是因為 AMS 是 Android 系統(tǒng)中管理所有應(yīng)用程序生命周期的關(guān)鍵組件。當(dāng)一個新的應(yīng)用程序進(jìn)程被創(chuàng)建時，它需要告訴 AMS 它已經(jīng)啟動并且準(zhǔn)備好接收指令。此外，這也是一個錯誤檢查機制：如果 AMS 啟動了一個進(jìn)程，但是這個進(jìn)程在一段時間內(nèi)沒有報告回來，那么 AMS 會認(rèn)為這個進(jìn)程啟動失敗，會采取相應(yīng)的操作，如重新啟動這個進(jìn)程或者報告一個錯誤。

啟動binder機制

Binder 機制主要在應(yīng)用程序啟動時進(jìn)行初始化，并在其進(jìn)程生命周期內(nèi)保持活動狀態(tài)，用于處理進(jìn)程間通信（IPC）的請求。關(guān)于 Binder 機制的啟動，這主要發(fā)生在應(yīng)用程序的主線程（ActivityThread）初始化過程中。

以下是 Binder 機制的啟動過程：

創(chuàng)建應(yīng)用的主線程：每個** Android** 應(yīng)用都有一個主線程，它是應(yīng)用程序的入口點。當(dāng)新的應(yīng)用程序進(jìn)程創(chuàng)建時，Zygote會復(fù)制其內(nèi)存空間，并在新的進(jìn)程空間中啟動應(yīng)用的主線程。主線程的入口函數(shù)是 ActivityThread.main()。

初始化 Looper：在 ActivityThread.main() 函數(shù)中，會調(diào)用 Looper.prepareMainLooper() 來為主線程創(chuàng)建一個 Looper。Looper 是一個用于處理消息隊列的工具，是實現(xiàn)事件驅(qū)動編程的關(guān)鍵組件。

創(chuàng)建 ActivityThread 對象：接下來，會創(chuàng)建一個 ActivityThread 對象，并調(diào)用其 attach() 方法來進(jìn)行一些必要的初始化工作。在這個過程中，會創(chuàng)建應(yīng)用的 Context，Instrumentation 對象等。

創(chuàng)建 Binder 線程池：在 ActivityThread 的 attach() 方法中，會調(diào)用 BinderInternal.addGcWatcher() 和 BinderInternal.createBinderThreadPool() 來為當(dāng)前進(jìn)程創(chuàng)建 Binder 線程池。

addGcWatcher() 方法會添加一個 GC（垃圾回收）監(jiān)聽器，該監(jiān)聽器會在每次完成 Binder 事務(wù)后執(zhí)行一次 GC，以防止 Binder 事務(wù)造成的內(nèi)存泄漏。

createBinderThreadPool() 方法會創(chuàng)建一個 Binder 線程池。這個線程池會在后臺運行，用于處理來自其他進(jìn)程的 Binder 請求。

啟動消息循環(huán)：最后，主線程的 Looper 對象會調(diào)用其 loop() 方法來啟動消息循環(huán)。在這個消息循環(huán)中，主線程會不斷地從消息隊列中取出消息并處理，包括處理來自 Binder 線程池的消息。

Binder Native 層

打開 Binder 驅(qū)動：在 Android 系統(tǒng)啟動的過程中，會加載 Binder 驅(qū)動。在每個進(jìn)程創(chuàng)建的過程中，會打開 /dev/binder 設(shè)備，這樣，該進(jìn)程就可以使用 Binder 驅(qū)動進(jìn)行 IPC 通信了。

映射內(nèi)存：當(dāng)進(jìn)程打開 /dev/binder 設(shè)備后，會通過 mmap 系統(tǒng)調(diào)用映射一塊內(nèi)存空間作為進(jìn)程和 Binder 驅(qū)動之間的通信區(qū)域。這樣，進(jìn)程和 Binder 驅(qū)動就可以通過這塊共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提高了通信效率。

創(chuàng)建 Binder 線程池：每個進(jìn)程都需要創(chuàng)建一個 Binder 線程池來處理來自其他進(jìn)程的 Binder 請求。Binder 線程池是一個由多個線程組成的線程池，每個線程都會使用 ioctl 系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入到 Binder 驅(qū)動的等待隊列，等待來自其他進(jìn)程的 Binder 請求。

當(dāng)一個進(jìn)程通過 Binder 機制向另一個進(jìn)程發(fā)送請求時，Binder 驅(qū)動會喚醒等待隊列中的一個線程來處理這個請求。這個線程會讀取共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，處理請求，并將結(jié)果寫回到共享內(nèi)存中。然后，這個線程會再次進(jìn)入到 Binder 驅(qū)動的等待隊列，等待下一次的請求。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-622160.html

冷啟動 App 全流程

點擊桌面圖標(biāo)后，Launcher 應(yīng)用會構(gòu)建一個 intent 并發(fā)送給 AMS，通知 AMS 啟動 App；
AMS 收到 intent 消息后，首先做一些校驗，然后判斷 App 對應(yīng)的進(jìn)程是否啟動，如果沒有啟動，則通知 Zygote 進(jìn)程啟動 App；
AMS 通過 socket 與 Zygote 進(jìn)程通信，將必要的啟動參數(shù)傳遞過去，Zygote 進(jìn)程收到后，通過 fork 調(diào)用創(chuàng)建新的進(jìn)程，并且在主進(jìn)程中將子進(jìn)程的 pid 返回給 AMS 所在的進(jìn)程；
fork 出來的進(jìn)程也就是 App 進(jìn)程，進(jìn)程啟動后首先會初始化 Binder 機制，具體為打開 Binder 驅(qū)動、通過 mmap 映射內(nèi)存緩存，啟動 binder 線程池；
App 進(jìn)程在 Binder 啟動后會創(chuàng)建一個 ApplicationThread 的 Binder 實體，通過ServerManager 獲取 AMS 的 Binder 代理，將 ApplicationThread 這個 Binder 傳遞給 AMS；
AMS 收到 attach 后，保存 ApplicationThread 對象的 Binder 代理對象，以方便后續(xù)與 App 進(jìn)程進(jìn)行通信。AMS 發(fā)送 attachApplication 請求，該請求最后會在 App 所在進(jìn)程的 Binder 線程被執(zhí)行，然后構(gòu)建一個 Message 對象發(fā)送給主線程執(zhí)行 Application 對象的初始化；
App 的主線程收到消息后，構(gòu)建 LoadedApk 對象，該對象存儲 App 的一些基本信息，緊接著創(chuàng)建 ContentImpl 對象，并且通過反射創(chuàng)建 Application 對象，接著調(diào)用其 attach 方法，傳入 ContentImpl 對象，最后調(diào)用其 onCreate 方法；
再回到 AMS 剛剛通知 App 創(chuàng)建 Application 的位置，AMS 在執(zhí)行完該事后，會立馬通知 App 啟動 launch類型的 Activity 以及一些 service、廣播等
App 在收到啟動首頁 Activity 事件后，通過反射創(chuàng)建 Activity 對象，并且同時創(chuàng)建一個 ContentImpl 對象，接著執(zhí)行 Activity 的 onCreate 方法，設(shè)置布局文件；
接下來 onResume 方法中，通過 WMS 的 addView 方法，將 ViewRoot 中的視圖添加到 WMS 中，并且視圖樹會執(zhí)行 attachToWindow 回調(diào)；
ViewRootImpl 會通過 Choreographer 注冊 vsyn 信息，在下一個 vsyn 信號到來之后，會執(zhí)行 msasure、layout、draw ，在 draw 方法執(zhí)行完之后，其內(nèi)部通過 canvas 的 api 調(diào)用繪制指令，這些指令會被記錄下來，最后通過 RenderThread 線程進(jìn)行計算執(zhí)行，最終通過 GPU進(jìn)行渲染；
渲染的數(shù)據(jù)會放到 Surface 緩沖區(qū)中，SufaceFlinger 將所有的窗口對象的 Surface 數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行合成，并發(fā)送到屏幕的后緩沖區(qū)域；
下一個 vsync 信號到來之后，后緩沖區(qū)的圖像就會顯示到屏幕上；