Android -APP启动流程

一、理论基础

1.zygote

zygote意为“受精卵“。Android是基于Linux系统的，而在Linux中，所有的进程都是由init进程直接或者是间接fork出来的，zygote进程也不例外。

在Android系统里面，zygote是一个进程的名字。Android是基于Linux System的，当你的手机开机的时候，Linux的内核加载完成之后就会启动一个叫“init“的进程。在Linux System里面，所有的进程都是由init进程fork出来的，我们的zygote进程也不例外。

我们都知道，每一个App其实都是

● 一个单独的dalvik虚拟机

● 一个单独的进程

所以当系统里面的第一个zygote进程运行之后，在这之后再开启App，就相当于开启一个新的进程。而为了实现资源共用和更快的启动速度，Android系统开启新进程的方式，是通过fork第一个zygote进程实现的。所以说，除了第一个zygote进程，其他应用所在的进程都是zygote的子进程，这下你明白为什么这个进程叫“受精卵”了吧？因为就像是一个受精卵一样，它能快速的分裂，并且产生遗传物质一样的细胞！

2.system_server

SystemServer也是一个进程，而且是由zygote进程fork出来的。

知道了SystemServer的本质，我们对它就不算太陌生了，这个进程是Android Framework里面两大非常重要的进程之一——另外一个进程就是上面的zygote进程。

为什么说SystemServer非常重要呢？因为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等等。

3.ActivityManagerService

ActivityManagerService，简称AMS，服务端对象，负责系统中所有Activity的生命周期。

ActivityManagerService进行初始化的时机很明确，就是在SystemServer进程开启的时候，就会初始化ActivityManagerService。

4.Launcher

当我们点击手机桌面上的图标的时候，App就由Launcher开始启动了。但是，你有没有思考过Launcher到底是一个什么东西？

Launcher本质上也是一个应用程序，和我们的App一样，也是继承自Activity

packages/apps/Launcher2/src/com/android/launcher2/Launcher.java

public final class Launcher extends Activity

implements View.OnClickListener, OnLongClickListener, LauncherModel.Callbacks,

View.OnTouchListener {

}

Launcher实现了点击、长按等回调接口，来接收用户的输入。既然是普通的App，那么我们的开发经验在这里就仍然适用，比如，我们点击图标的时候，是怎么开启的应用呢？捕捉图标点击事件，然后startActivity()发送对应的Intent请求呗！是的，Launcher也是这么做的，就是这么easy！

5.Instrumentation和ActivityThread

每个Activity都持有Instrumentation对象的一个引用，但是整个进程只会存在一个Instrumentation对象。

Instrumentation这个类里面的方法大多数和Application和Activity有关，这个类就是完成对Application和Activity初始化和生命周期的工具类。Instrumentation这个类很重要，对Activity生命周期方法的调用根本就离不开他，他可以说是一个大管家。

ActivityThread，就是UI线程。App和AMS是通过Binder传递信息的，那么ActivityThread就是专门与AMS的外交工作的。

二.流程图

image.png

先将“三个进程”，“六个大类”进行介绍：

三个进程：

Launcher进程：整个App启动流程的起点，负责接收用户点击屏幕事件，它其实就是一个Activity，里面实现了点击事件，长按事件，触摸等事件，可以这么理解，把Launcher想象成一个总的Activity，屏幕上各种App的Icon就是这个Activity的button，当点击Icon时，会从Launcher跳转到其他页面；

SystemServer进程：这个进程在整个的Android进程中是非常重要的一个，地位和Zygote等同，它是属于Application Framework层的，Android中的所有服务，例如AMS, WindowsManager, PackageManagerService等等都是由这个SystemServer fork出来的。所以它的地位可见一斑。

App进程：你要启动的App所运行的进程；

六个大类：

ActivityManagerService：（AMS）AMS是Android中最核心的服务之一，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，其职责与操作系统中的进程管理和调度模块相类似，因此它在Android中非常重要，它本身也是一个Binder的实现类。

Instrumentation：监控应用程序和系统的交互；

ActivityThread：应用的入口类，通过调用main方法，开启消息循环队列。ActivityThread所在的线程被称为主线程；

ApplicationThread：ApplicationThread提供Binder通讯接口，AMS则通过代理调用此App进程的本地方法

ActivityManagerProxy：AMS服务在当前进程的代理类，负责与AMS通信。

ApplicationThreadProxy：ApplicationThread在AMS服务中的代理类，负责与ApplicationThread通信。

可以说，启动的流程就是通过这六个大类在这三个进程之间不断通信的过程；

启动流程

①点击桌面App图标，Launcher进程采用Binder IPC向system_server进程发起startActivity请求；

②system_server进程接收到请求后，向zygote进程发送创建进程的请求；

③Zygote进程fork出新的子进程，即App进程；

④App进程，通过Binder IPC向sytem_server进程发起attachApplication请求；

⑤system_server进程在收到请求后，进行一系列准备工作后，再通过binder IPC向App进程发送scheduleLaunchActivity请求；

⑥App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；

⑦主线程在收到Message后，通过发射机制创建目标Activity，并回调Activity.onCreate()等方法。

⑧到此，App便正式启动，开始进入Activity生命周期，执行完onCreate/onStart/onResume方法，UI渲染结束后便可以看到App的主界面。

image.png

（1）Launcher响应用户点击，通知AMS

Launcher调用startActivity（）方法，而startActivity（）最终也是调用startActivityForResult（）；


@Override
public void startActivity(Intent intent, @Nullable Bundle options) {
   if (options != null) {
       startActivityForResult(intent, -1, options);
   } else {
       // Note we want to go through this call for compatibility with
       // applications that may have overridden the method.
       startActivityForResult(intent, -1);
   }
}
public void startActivityForResult(@RequiresPermission Intent intent, int requestCode,
       @Nullable Bundle options) {
   if (mParent == null) {
       options = transferSpringboardActivityOptions(options);
       Instrumentation.ActivityResult ar =
           mInstrumentation.execStartActivity(
               this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,
               intent, requestCode, options);
       if (ar != null) {
           mMainThread.sendActivityResult(
               mToken, mEmbeddedID, requestCode, ar.getResultCode(),
               ar.getResultData());
       }
      ......
}

在其中调用了Instrumentation的execstartActivity方法：

public ActivityResult execStartActivity(
        Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
        Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
        .....
    try {
        intent.migrateExtraStreamToClipData();
        intent.prepareToLeaveProcess(who);
        int result = ActivityManager.getService()
            .startActivity(whoThread, who.getBasePackageName(), intent,
                    intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
                    token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
                    requestCode, 0, null, options);
        checkStartActivityResult(result, intent);
    } catch (RemoteException e) {
        throw new RuntimeException("Failure from system", e);
    }
    return null;
}

这里调用了ActivityManager.getService方法返回的就是ActivityManagerProxy，用于与AMS通信，这样通过这些一系列的方法调用，就把Launcher进程和AMS进程进行通信了一次；

（2）AMS响应Launcher进程请求

主要是通过ActivityStackSupervisor:startActivityUncheckedLocked去给Activity申请Task的；此方法经过intent的标志值设置，通过findTaskLocked函数来查找存不存这样的Task，这里返回的结果是null，即intentActivity为null，因此，需要创建一个新的Task来启动这个Activity。现在处理堆栈顶端的Activity是Launcher，与我们即将要启动的MainActivity不是同一个Activity，创建了一个新的Task里面来启动这个Activity。

经过栈顶检测，则需要将Launcher推入Paused状态，才可以启动新的Activity。后续则调用至ActivityStack:startPausingLocked；此方法里有prev.app.thread是一个ApplicationThread对象的远程接口，通过调用这个远程接口的schedulePauseActivity来通知Launcher进入Paused状态。至此，AMS对Launcher的请求已经响应，这是我们发现又通过Binder通信回调至Launcher进程；

（3）Launcher进程挂起Launcher，再次通知AMS

这部分Launcher的ActivityThread处理页面Paused并且再次通过ActivityManagerProxy通知AMS。

（4）AMS创建新的进程

创建新进程的时候，AMS会保存一个ProcessRecord信息，如果应用程序中的AndroidManifest.xml配置文件中，我们没有指定Application标签的process属性，系统就会默认使用package的名称。每一个应用程序都有自己的uid，因此，这里uid + process的组合就可以为每一个应用程序创建一个ProcessRecord。

这里主要是调用Process:start接口来创建一个新的进程，新的进程会导入android.app.ActivityThread类，并且执行它的main函数，这就是每一个应用程序都有一个ActivityThread实例来对应的原因。

先判断是否有相应的 ProcessRecord，如果不存在，就需要新建进程，这个进程就是相应的应用进程。ActivityManagerService 通过 Socket 通信的方式和 Zygote 进行协商，Zygote 在其监听的 /dev/socket/zygote socket 中发现有需要创建进程的请求后，会 fork 自身，并返回相应的 Process Id。这个 Process 会进行相应的初始化，使得其具备与系统服务进行 IPC 通信的能力；

（5）应用进程初始化

我们来看Activity的main函数，这里绑定了主线程的Looper，并进入消息循环，大家应该知道，整个Android系统是消息驱动的，这也是为什么主线程默认绑定Looper的原因：

public static void main(String[] args) {
    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");
    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());

    // Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
    final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
    TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);

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

    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);

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

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

    // End of event ActivityThreadMain.
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
    Looper.loop();

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

attach函数最终调用了ActivityManagerService的远程接口ActivityManagerProxy的attachApplication函数，传入的参数是mAppThread，这是一个ApplicationThread类型的Binder对象，它的作用是AMS与应用进程进行进程间通信的。

（6）在AMS中注册应用进程，启动启动栈顶页面

前面我们提到了AMS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，通过上一个流程我们知道应用进程创建后通过Binder驱动与AMS产生交互，此时AMS则将应用进程创建后的信息进行了一次注册，如果拿Windows系统程序注册到的注册表来理解这个过程，可能会更形象一些。

mMainStack.topRunningActivityLocked(null)从堆栈顶端取出要启动的Activity，并在realStartActivityLockedhan函数中通过ApplicationThreadProxy调回App进程启动页面。

此时在App进程，我们可以看到，经过一些列的调用链最终调用至MainActivity:onCreate函数，之后会调用至onResume，而后会通知AMS该MainActivity已经处于resume状态。至此，整个启动流程告一段落。

上面讲的是activity的启动流程，下面要说的是，android系统的启动流程，通俗来说，按下电源键，开机的过程系统做了些什么：

1.当系统引导程序启动Linux内核，内核会加载各种数据结构，和驱动程序，加载完毕之后，Android系统开始启动并加载第一个用户级别的进程：init（system/core/init/Init.c）

我们来看一看这个Init.c代码，看main函数

int main(int argc, char **argv)
{
     ...
    //执行Linux指令
    mkdir("/dev", 0755);
    mkdir("/proc", 0755);
    mkdir("/sys", 0755);

    ...
    //解析执行init.rc配置文件
    init_parse_config_file("/init.rc");
    ...
}

主要创建了一些目录，并且加载执行了一个init.rc的文件，我们来看看这个init.rc

2.在system\core\rootdir\Init.rc中定义好的指令都会开始执行，其中执行了很多bin指令，启动系统服务

//启动孵化器进程，此进程是Android系统启动关键服务的一个母进程
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
socket zygote stream 666
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart media
onrestart restart netd

里面启动了一个app_process，我们看看这是什么：

3.在appprocess文件夹下找到appmain.cpp，查看main函数，发现以下代码

int main(int argc, const char* const argv[])
{
    ...
    //启动一个系统服务：ZygoteInit
    runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",startSystemServer);
    ...
}

仍然是为启动一个系统服务做准备，我们继续跟下去看看：

4.在ZygoteInit.java中，查看main方法

 public static void main(String argv[]) {
    ...
    //加载Android系统需要的类
    preloadClasses();
    ...
    if (argv[1].equals("true")) {
        //调用方法启动一个系统服务
        startSystemServer();
    }
    ...
}

在这里主要是先加载了android系统所需要的类，然后启动系统服务，继续跟下去：

5.startSystemServer()方法的方法体

String args[] = {
    "--setuid=1000",
    "--setgid=1000",
    "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,3001,3002,3003",
    "--capabilities=130104352,130104352",
    "--runtime-init",
    "--nice-name=system_server",
    "com.android.server.SystemServer",
};

...
//分叉启动上面字符串数组定义的服务
 pid = Zygote.forkSystemServer(
 parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
 parsedArgs.gids, debugFlags, null,
 parsedArgs.permittedCapabilities,
 parsedArgs.effectiveCapabilities);

6.SystemServer服务被启动

public static void main(String[] args) {
    ...
    //加载动态链接库
     System.loadLibrary("android_servers");
    //执行链接库里的init1方法
    init1(args);
    ...
}

7.动态链接库文件和java类包名相同，找到com_android_server_SystemServer.cpp文件

在com_android_server_SystemServer.cpp文件中，找到了

static JNINativeMethod gMethods[] = {
    /* name, signature, funcPtr */
    //给init1方法映射一个指针，调用system_init方法
    { "init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1 },
};

8.android_server_SystemServer_init1方法体中调用了system_init()，system_init()没有方法体

在system_init.cpp文件中找到system_init()方法，方法体中 //执行了SystemServer.java的init2方法 runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

回到SystemServer.java，在init2的方法体中

//启动一个服务线程
Thread thr = new ServerThread();
thr.start();

9.在ServerThread的run方法中

//准备消息轮询器
Looper.prepare();
...
//启动大量的系统服务并把其逐一添加至ServiceManager
ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);
...
//调用systemReady，准备创建第一个activity
 ((ActivityManagerService)ActivityManagerNative.getDefault())
        .systemReady(new Runnable(){
        ...
}）；

10.在ActivityManagerService.java中，有systemReady方法，方法体里找到

//检测任务栈中有没有activity，如果没有，创建Launcher
mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);

11.在ActivityStack.java中，方法resumeTopActivityLocked

// Find the first activity that is not finishing.
ActivityRecord next = topRunningActivityLocked(null);
...
if (next == null) {
    // There are no more activities!  Let's just start up the
    // Launcher...
    if (mMainStack) {
        return mService.startHomeActivityLocked();
    }
}

参考：https://blog.csdn.net/pgg_cold/article/details/79491791
http://www.sohu.com/a/130814934_675634

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