zygote 进程启动分析二

Android 系统中 Zygote 进程启动的核心技术细节，解析从 C++ 运行时到 Java 层的关键过渡流程：

一、Zygote 启动的「桥梁」：AppRuntime 与 AndroidRuntime

Zygote 进程的启动涉及 C++ 层与 Java 层的协同，核心由 AppRuntime 类（继承自 AndroidRuntime）负责创建 Java 运行环境。

1. AppRuntime 的使命

• 作用：作为 Java 虚拟机（ART）的「启动器」，负责：

  • 初始化虚拟机实例。
  • 注册 Java 层所需的本地（Native）方法。
  • 调用 Java 层的入口函数（如 ZygoteInit.main()）。

• 关键成员：

  • mJavaVM：指向 Java 虚拟机的指针。
  • mClass：存储待启动的 Java 类（如 ZygoteInit）。

2. 构造函数：初始化全局环境

c++

AppRuntime::AppRuntime(char* argBlockStart, const size_t argBlockLength)
    : AndroidRuntime(argBlockStart, argBlockLength) {
    SkGraphics::Init(); // 初始化 Skia 图形系统（Android 绘图基础）
    assert(gCurRuntime == NULL); // 确保全局唯一实例
    gCurRuntime = this; // 保存到全局变量，方便其他模块调用
}

• 关键点：

  • 通过 gCurRuntime 确保每个进程仅有一个 AndroidRuntime 实例。
  • 初始化 Skia，为后续图形渲染奠定基础。

二、启动虚拟机：从 C++ 到 Java 的「大门」

1. startVm 函数：唤醒 ART 虚拟机

c++

if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
    return; // 启动失败则退出
}

• 核心逻辑：

  • 调用 JNIInvocation::Init() 初始化 JNI 环境。
  • 通过 AndroidRuntime::startVm() 创建 ART 虚拟机实例，获取 JNIEnv 指针（用于 C++ 与 Java 交互）。

• 参数意义：

  • zygote 标志：告知虚拟机以「Zygote 模式」启动，启用预加载优化。

2. onVmCreated：准备 Java 类加载

c++

virtual void onVmCreated(JNIEnv* env) {
    if (mClassName.isEmpty()) return; // Zygote 模式下 mClassName 为空，直接返回
    // 查找并缓存 Java 类（非 Zygote 场景用于启动普通 Java 类）
    jclass clazz = env->FindClass(toSlashClassName(mClassName));
    mClass = env->NewGlobalRef(clazz);
}

• Zygote 特化：

  • Zygote 启动时无需指定具体类名（mClassName 为空），直接跳过类加载，专注于虚拟机初始化。

三、注册 Native 方法：Java 与 C++ 的「翻译官」

1. startReg 函数：建立跨语言通信桥梁

c++

if (startReg(env) < 0) {
    ALOGE("Unable to register all android natives\n");
    return;
}

• 核心流程：

  1. 注册 JNI 方法：通过 register_jni_procs 函数将 gRegJNI 数组中的本地方法注册到虚拟机。

  2. 关键方法示例：

     • register_com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit：Zygote 初始化的本地实现。
     • register_android_os_Binder：Binder 跨进程通信的本地支持。
     • register_android_util_Log：日志系统的本地接口。

• 作用：使 Java 层能调用 C++ 实现的底层功能（如进程管理、图形渲染）。

四、调用 Java 入口：触发 ZygoteInit 的 main 函数

1. 构造参数数组

c++

jobjectArray strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr); // 第一个参数为类名
for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
    env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, env->NewStringUTF(options[i].string()));
}

• 参数构成：

  • 第 0 个元素：类名（如 com.android.internal.os.ZygoteInit）。
  • 后续元素：启动参数（如 --start-system-server、--socket-name=zygote）。

2. 调用 main 函数

c++

jclass startClass = env->FindClass(slashClassName); // 查找 ZygoteInit 类
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main", "([Ljava/lang/String;)V");
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray); // 触发 Java 层主函数

• 执行逻辑：

  • 通过 JNI 调用 ZygoteInit.main(String[] args)，正式进入 Java 层初始化流程。
  • 至此，C++ 层任务完成，Zygote 进程的核心逻辑（预加载资源、启动 SystemServer、监听套接字）在 Java 层展开。

五、关键流程总结

1. C++ 层初始化：

   • AppRuntime 构造函数初始化全局环境，启动虚拟机并注册本地方法。

2. Java 层接管：

   • 通过 CallStaticVoidMethod 调用 ZygoteInit.main()，开始预加载类、启动 SystemServer 等操作。

3. 跨层协作核心：

   • JNI 是连接 C++ 与 Java 的桥梁，register_jni_procs 确保 Java 层能访问底层功能。
   • ZygoteInit 作为 Java 入口，负责后续的应用孵化和系统服务启动。

六、类比说明

Zygote 启动过程类似「搭建跨国公司的翻译部门」：

• AppRuntime：相当于部门负责人，负责搭建翻译团队（初始化虚拟机）、招聘翻译（注册 Native 方法）。

• JNI 注册：翻译团队的「语言手册」，记录 Java 与 C++ 的对应接口（如 Java 的 Log.d() 对应 C++ 的日志实现）。

• ZygoteInit.main() ：部门的「首席翻译」，接到任务后（参数数组）开始处理具体业务（预加载资源、启动服务）。

通过这一流程，Android 系统完成了从底层硬件到上层应用框架的过渡，为后续应用启动和系统服务运行奠定了基础。