Android APP应用启动过程分析

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一、前言


当我们点击手机桌面上的应用图标,到手机桌面显示出应用主Activity界面而完成应用启动,看似很简单的过程其实包含了复杂的底层交互。整个启动过程,涉及了Android系统的很多核心知识点。

二、启动过程简介


首先,手机桌面就是一个APP应用,名称叫Launcher,是手机厂商提供的,不同的手机厂商开发出了一套自己UI风格的展示桌面。我们点击Launcher桌面的APP应用图标,可以打开其他的APP应用。

APP应用的启动过程,分为冷启动和热启动两种。

  • 冷启动:APP应用进程未启动,系统会fork出一个子进程来加载APP应用的Application并启动Activity,这种启动方式就是冷启动。

  • 热启动:APP应用进程已启动,已在后台运行。系统的所有工作就是将APP应用的 Activity 带到前台展示。

冷启动是应用完全从0开始启动,涉及到更多的内容,所以我们就从APP应用的冷启动过程展开讨论。

三、启动过程分析


一般来说,冷启动包括以下几个步骤:

  • 启动APP进程:当我们点击Launcher桌面程序的APP图标时,Launcher程序会调用startActivity()函数,通过Binder跨进程通信,发送消息给system_server进程。在system_server进程中,由AMS通过socket通信告知Zygote进程fork出一个子进程(APP进程)。

  • 开启APP主线程:APP进程启动后,会实例化一个ActivityThread,并执行其main函数,同时会创建ApplicationThread、Looper、Handler对象,开启主线程消息循环Looper.loop()。

  • 创建并初始化Application和Activity:ActivityThread的main函数通过调用attach方法进行 Binder 通信,通知system_server进程执行AMS的attachApplication方法。在attachApplication方法中,AMS分别通过bindApplication、scheduleLaunchActivity方法,通知APP进程的主线程Handler,对APP进程的Application和Activity进行初始化,并执行Application、Activity的生命周期。

  • UI布局和绘制:主线程Handler初始化Activity时,会执行创建PhoneWindow、初始化DecorView的操作,并且添加布局到DecorView的ContentView中。ContentView,对应着Activity的setContentView中设置的layout.xml布局文件所在的最外层父布局。Android视图层次结构如下图: 1644224711(1).png

至此,应用启动流程完成,这里对源码细节不做过多分析。

下面对启动过程中,涉及到的一些关键角色做一下介绍。

3.1 Zygote进程

Android系统启动过程中,会先启动linux内核,然后加载init.rc文件,启动init进程。然后,init进程通过解析init.rc文件fork生成Zygote进程,该进程也是Android系统的首个Java进程。之后Zygote进程负责孵化System Server进程和APP进程。

1644225143(1).jpg

3.2 SystemServer进程

  • 由Zygote进程fork生成,SystemServer是Zygote孵化的第一个进程。
  • 负责启动、管理整个Java Framework,系统里面重要的服务都是在这个进程里面开启的,比如ActivityManagerService、PackageManagerService、WindowManagerService。

3.3 APP进程

  • Zygote进程在App层中孵化出的第一个进程是Launcher进程,即手机的桌面APP。
  • Zygote还会孵化出Browser、Email、Phone等APP进程,每个APP至少运行在一个进程上。
  • 所有APP进程都由Zygote进程fork生成。

3.4 Android系统里的Client/Server模式

平时我们所熟知的前端(Web\Android\iOS)通过网络与服务器通信是客户端-服务端模式的体现,而在Android Framework中,四大组件的创建、生命周期也是通过这样的模式进行通信:

  • 服务器端(server)指的就是SystemServer进程,这个进程提供了很多服务,比如AMS、PMS、WMS等等,所有的APP进程都可以与其通信。
  • 客户端(client)指的就是各个独立的APP进程。

Android开发中,我们可以通过Package包名和Activity类名,来打开一个APP。实际上,项目里的业务代码startActivity()方法并不是直接创建进程、拉起APP的。而是通过一系列的调用,把请求传递给SystemServer的AMS。AMS收到来自客户端的请求后,再通知zygote进程来fork一个新进程,来开启我们的目标APP。APP中所有Activity的生命周期过程,都由AMS(SystemServer进程)统一调度,并在APP自身进程中具体完成。

这个过程涉及到3个进程:APP进程、SystemServer进程、Zygote进程。

  • APP进程与SystemServer进程通过Binder机制,进行跨进程通信。
  • SystemServer进程与Zygote进程通过Socket,进行跨进程通信。

3.5 Android Binder机制

在Android系统中,一个进程的空间,分为用户空间和内核空间两部分。进程内的用户空间和内核空间可以进行数据交互。进程间的用户空间是隔离开来的,只有内核空间能进行数据交互。

APP进程与SystemServer进程的交互,就是通过Binder机制进行跨进程通信(IPC),实现进程间的内核数据交互过程。Android专门设计了2个Binder接口,用作交互使用。

  • IApplicationThread: 作为系统进程请求应用进程的接口。
  • IActivityManager: 作为应用进程请求系统进程的接口。

App进程与SystemServer进程的Binder接口如下图:

image.png

四、总结


  • 在Android中,所有应用都是一个独立的进程。
  • 每个应用进程都是由Zygote进程fork出来的。
  • 应用启动是一个跨进程的复杂工作,应用启动流程主要是围绕着SystemServer的ActivityManagerService和应用进程的ActivityThread展开的。

APP应用的启动流程内容比较多,可以通过Launcher响应屏幕点击、APP进程的创建、Application初始化、UI布局和绘制这四部分来理解。

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