Android 操作系统之 Activity 的启动过程

前言

上篇文章写到 Service 的启动过程； 相对来说Activity的启动过程比Service的启动过程更为复杂，其一Activity的生命周期方法比Service多，其二Activity具有启动模式和返回栈； 写本文的目的在于更清晰的梳理Activity的启动过程，加强自己的内功修炼，博客粉丝日益增多，力在以最简单的方式让大家理解，跟大家一起学习

一、Binder的基本理解

Activity的启动有多次IPC过程，所以Binder属于预备知识，帮助我们更好理解系统的C/S的这种架构模式

二、Activity启动的双向IPC过程

一般Android各个应用进程的启动都以这样一条路线，init进程 –> Zygote进程 –> SystemServer进程 –>各种应用进程

• Init进程：Linux的根进程，Android系统是基于Linux系统的，因此可以算作是整个android操作系统的第一个进程；

• Zygote进程是所有应用进程的父进程，所有的应用进程都是它孵化出来的；

• SystemServer进程含有一些核心的服务，比如ActivityManagerService，PackageManagerService，WindowManagerService等；

• 各种应用进程：启动自己编写的客户端应用时，有自己的虚拟机与运行环境。

由此可知应用的第一个Activity的启动是多个进程相互配合的结果，多个进程相互配合就少不了使用Binder进行IPC了，现在看一次IPC调用的过程是怎样的。

上图大概说明了一次IPC的过程，或许你现在对里面各个类还不是很清楚，没关系，大致了解一下

ActivityManagerService （下文简称AMS），AMS是Android中最核心的服务，实现了ActivityManager，主要负责系统中四大组件的启动、切换、调度及应用进程的管理和调度等工作，AMS提供了一个ArrayList mHistory来管理所有的Activity，Activity在AMS中的形式是ActivityRecord，Task在AMS中的形式为TaskRecord，进程在AMS中的管理形式为ProcessRecord，它在Android中特别重要

ActivityManagerNative （下文简称AMN）:由于AMS是系统核心服务在SystemServer进程里面，很多API不能直接开放供客户端使用，所以需要通过IPC的方式，具体是这样的，ActivityManager类内部调用AMN的getDefault函数得到一个ActivityManagerProxy对象，通过它可与AMS通信

ActivityManagerProxy （下文简称AMP）：AMP是AMS在客户端进程的一个代理，通过AMP里面的方法请求AMS

Instrumentation： Instrumentaion是一个工具类，一个大管家。当它被启用时，系统先创建它，再通过它来创建其他组件；另外，系统和组件之间的交互也将通过Instrumentation来传递，这样，Instrumentation就能监测系统和这些组件的交互情况了。在实际使用中，我们可以创建Instrumentation的派生类来进行相应的处理。Android中Junit的使用到了Intrstrumentation

OK，现在我们知道，Activity是如何向AMS发出startActivity这个请求了，这意味着Activity可以与AMS进行通信，但是AMS却不能与Activity通信，Binder是单向的，所以在Activity发出请求之后，AMS需要通知Activity发生状态改变，要做到这一点，自然就在AMS到Activity这个过程建立一个Binder，如下：

大致过程就是，SystemServer进程在收到请求后，再通过IPC向应用进程发送scheduleLaunchActivity请求，应用进程的binder线程（ApplicationThread）在收到请求后，通过handler向主线程发送LAUNCH_ACTIVITY消息，主线程在收到Message后，创建目标Activity，并回调Activity.onCreate()等方法

对上面的理解不是太明白，在看下面这张图，简单多了；AMS到Activity这个过程建立了一个Binder，Activity到AMS这个过程也建立了一个Binder，这就能相互通信了

上图就是Activity与AMS之间的双向Binder连接， （备注：这个就是理解Activity启动流程的指南针，不记住这个，复杂的启动流程会让你晕头转向）；Activity用IActivityManager提供的API向AMS提出执行某个动作的请求（本例中是启动RemoteService），AMS通过IApplicationThread提供的API来控制Activity所在的应用程序，这些API包括schedulePauseActivity()、scheduleStopActivity()等

IActivityManager接口定义的API，启动四大组件的等多种请求都在里面

IApplicationThread接口定义的API，一看就比IActivityManager高逼格一点，IActivityManager好多方法是start开头，表示去AMS请求，IApplicationThread以schedule开头，表示对Activity进行调度

分析到这里，我们不知不觉间忽略了两个问题，那就是启动Activity至少需要两个前提

第一是，应用进程存在，第二AMS已经初始化完毕； 在调用startActivity方法时候，如果我们的应用进程不存在，Activity能启动吗，当然是不能的，比如点击桌面图标的时候，这个时候需要先创建进程。关于Zygote孵化应用进程，这个暂时不说，先看看AMS服务注册

三、AMS服务注册

先忽略 Activity调用ActivityManagerService启动应用，直接从SystemServer的main方法说起

 /**
    * The main entry point from zygote.
    */
   public static void main(String[] args) {
       new SystemServer().run();
   }

run方法中，调用了startBootstrapServices

 private void startBootstrapServices() {
      
       ......
       //启动AMS服务
       Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);

       //请注意这里参数是Lifecycle，因为AMS是在Lifecycle里面new出来的
       mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
               ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
       mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
       mActivityManagerService.setInstaller(installer);

       mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);

       mActivityManagerService.initPowerManagement();

        ......
       mActivityManagerService.setSystemProcess();
     ......
}

 public SystemService startService(String className) {
       final Class<SystemService> serviceClass;
       try {
           serviceClass = (Class<SystemService>)Class.forName(className);
       } catch (ClassNotFoundException ex) {
           Slog.i(TAG, "Starting " + className);
       }
       return startService(serviceClass);
   }

继续

public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {
       try {
           final String name = serviceClass.getName();
           // 1、创建服务
           final T service;
           try {
               Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);
             // 如果传进来的是ActivityManagerService.Lifecycle对象，那么ActivityManagerService就能被创建
               service = constructor.newInstance(mContext);
           } catch (InstantiationException ex) {
               throw new RuntimeException("Failed to create service " + name
                       + ": service could not be instantiated", ex);
           }
           // 2、注册服务
           mServices.add(service);

           // 3、启动服务
           try {
               service.onStart();
           } catch (RuntimeException ex) {
               throw new RuntimeException("Failed to start service " + name
                       + ": onStart threw an exception", ex);
           }
           return service;
       } finally {
           Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
       }
   }

ActivityManagerService.java

  public static final class Lifecycle extends SystemService {
       private final ActivityManagerService mService;

       public Lifecycle(Context context) {
           super(context);
         //ActivityManagerService被new出来了
           mService = new ActivityManagerService(context);
       }

       @Override
       public void onStart() {
         //  启动
           mService.start();
       }

       public ActivityManagerService getService() {
           return mService;
       }
   }

 private void start() {
       Process.removeAllProcessGroups();
       mProcessCpuThread.start();

       mBatteryStatsService.publish(mContext);
       mAppOpsService.publish(mContext);
       Slog.d("AppOps", "AppOpsService published");
       LocalServices.addService(ActivityManagerInternal.class, new LocalService());
   }

回到 startBootstrapServices里面调用的 mActivityManagerService.setSystemProcess();

public void setSystemProcess() {
       try {
           ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true);
           ServiceManager.addService(ProcessStats.SERVICE_NAME, mProcessStats);
           ServiceManager.addService("meminfo", new MemBinder(this));
           ServiceManager.addService("gfxinfo", new GraphicsBinder(this));
           ServiceManager.addService("dbinfo", new DbBinder(this));
           ......


      // 设置application info LoadedApkinfo 有关 framework-res.apk
       ApplicationInfo info = mContext.getPackageManager().getApplicationInfo( "android", STOCK_PM_FLAGS);
       mSystemThread.installSystemApplicationInfo(info, getClass().getClassLoader());
       
       //给SystemServer进程创建ProcessRecord，adj值，就是将SystemServer进程加入到AMS进程管理机制中，跟应用进程一致
       synchronized (this) {
           ProcessRecord app = newProcessRecordLocked(info, info.processName, false, 0);
           app.persistent = true;
           app.pid = MY_PID;
           app.maxAdj = ProcessList.SYSTEM_ADJ;
           app.makeActive(mSystemThread.getApplicationThread(), mProcessStats);
           synchronized (mPidsSelfLocked) {
               mPidsSelfLocked.put(app.pid, app);
           }
           updateLruProcessLocked(app, false, null);
           updateOomAdjLocked();
 }

ServiceManager这里面注册了很多的服务，可通过dumpsys <服务名>命令查看。比如查看CPU信息命令dumpsys cpuinfo，查看graphics信息命令dumpsys gfxinfo

在Android中所有的核心服务，并不是直接给上层使用，都先交给ServiceManager管理，上层使用的时候可以从ServiceManager获取，ServiceManager相当于一个路由作用。现在来看一张经典的图。其中注册服务，获取服务以及使用服务，每一次都是一个完整的Binder IPC过程，可见理解Binder是多么的重要啊。关于AMS启动得深入了解

• 注册服务：首先AMS注册到ServiceManager。AMS所在进程(SystemServer)是客户端，ServiceManager是服务端

• 获取服务：Client进程使用AMS前，须先向ServiceManager中获取AMS的代理类AMP。该过程。AMP所在进程(应用进程)是客户端，ServiceManager是服务端

• 使用服务： app进程根据得到的代理类AMP,便可以直接与AMS所在进程交互。该过程，AMP所在进程(应用进程)是客户端，AMS所在进程(SystemServer)是服务端

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最后我想说：

学习没有捷径可言，我们要注意记学习，不仅要记，还要写心得体会，文字笔记、画图、总结等，方式很多，但是一定要自己认真去做，不要太相信自己的记忆，只有反复记忆，加深理解才行

同时，对于程序员而言，不单单是死记硬背，我们有更好的方式去学习，比如写demo去验证。复习知识点时，要及时跟你做过的项目结合起来，这样在面试时就知道怎么聊了，由项目讲到知识点，由一个知识点串联到另一个知识点。复习到一定阶段，可以尝试着去把这些东西串联起来，由点及面，形成知识体系

对于程序员来说，要学习的知识内容、技术有太多太多，要想不被环境淘汰就只有不断提升自己，从来都是我们去适应环境，而不是环境来适应我们

技术是无止境的，你需要对自己提交的每一行代码、使用的每一个工具负责，不断挖掘其底层原理，才能使自己的技术升华到更高的层面

Android 架构师之路还很漫长，与君共勉