Android系統啟動流程（四）Launcher啟動過程與系統啟動流程

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Android系統架構與系統原始碼目錄
Android系統啟動流程（一）解析init程式啟動過程
Android系統啟動流程（二）解析Zygote程式啟動過程
Android系統啟動流程（三）解析SyetemServer程式啟動過程

前言

此前的文章我們學習了init程式、Zygote程式和SyetemServer程式的啟動過程，這一篇文章我們就來學習Android系統啟動流程的最後一步：Launcher的啟動流程，並結合本系列的前三篇文章的內容來講解Android系統啟動流程。建議讀這篇文章前要通讀本系列的前三篇文章，否則你可能不會理解我在講什麼。

1.Launcher概述

Android系統啟動的最後一步是啟動一個Home應用程式，這個應用程式用來顯示系統中已經安裝的應用程式，這個Home應用程式就叫做Launcher。應用程式Launcher在啟動過程中會請求PackageManagerService返回系統中已經安裝的應用程式的資訊，並將這些資訊封裝成一個快捷圖示列表顯示在系統螢幕上，這樣使用者可以通過點選這些快捷圖示來啟動相應的應用程式。

2.Launcher啟動流程

SyetemServer程式在啟動的過程中會啟動PackageManagerService，PackageManagerService啟動後會將系統中的應用程式安裝完成。在此前已經啟動的ActivityManagerService會將Launcher啟動起來。
啟動Launcher的入口為ActivityManagerService的systemReady函式，如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

 private void startOtherServices() {
 ...
  mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Slog.i(TAG, "Making services ready");
                mSystemServiceManager.startBootPhase(
                        SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);

...
}
...
}複製程式碼

在startOtherServices函式中，會呼叫ActivityManagerService的systemReady函式：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
...
synchronized (this) {
           ...
            mStackSupervisor.resumeFocusedStackTopActivityLocked();
            mUserController.sendUserSwitchBroadcastsLocked(-1, currentUserId);
        }
    }複製程式碼

systemReady函式中呼叫了ActivityStackSupervisor的resumeFocusedStackTopActivityLocked函式：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java

boolean resumeFocusedStackTopActivityLocked(
            ActivityStack targetStack, ActivityRecord target, ActivityOptions targetOptions) {
        if (targetStack != null && isFocusedStack(targetStack)) {
            return targetStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(target, targetOptions);//1
        }
        final ActivityRecord r = mFocusedStack.topRunningActivityLocked();
        if (r == null || r.state != RESUMED) {
            mFocusedStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(null, null);
        }
        return false;
    }複製程式碼

在註釋1處會呼叫ActivityStack的resumeTopActivityUncheckedLocked函式，ActivityStack物件是用來描述Activity堆疊的，resumeTopActivityUncheckedLocked函式如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStack.java

 boolean resumeTopActivityUncheckedLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {
        if (mStackSupervisor.inResumeTopActivity) {
            // Don`t even start recursing.
            return false;
        }
        boolean result = false;
        try {
            // Protect against recursion.
            mStackSupervisor.inResumeTopActivity = true;
            if (mService.mLockScreenShown == ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_LEAVING) {
                mService.mLockScreenShown = ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_HIDDEN;
                mService.updateSleepIfNeededLocked();
            }
            result = resumeTopActivityInnerLocked(prev, options);//1
        } finally {
            mStackSupervisor.inResumeTopActivity = false;
        }
       return result;
    }複製程式碼

註釋1呼叫了resumeTopActivityInnerLocked函式：

 private boolean resumeTopActivityInnerLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {
   ...
   return isOnHomeDisplay() &&
                        mStackSupervisor.resumeHomeStackTask(returnTaskType, prev, "prevFinished");
   ...                 
}複製程式碼

resumeTopActivityInnerLocked函式的程式碼很長，我們擷取我們要分析的關鍵的一句：呼叫ActivityStackSupervisor的resumeHomeStackTask函式，程式碼如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java

boolean resumeHomeStackTask(int homeStackTaskType, ActivityRecord prev, String reason) {
    ...
    if (r != null && !r.finishing) {
        mService.setFocusedActivityLocked(r, myReason);
        return resumeFocusedStackTopActivityLocked(mHomeStack, prev, null);
    }
    return mService.startHomeActivityLocked(mCurrentUser, myReason);//1
}複製程式碼

在註釋1處呼叫了ActivityManagerService的startHomeActivityLocked函式，如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

   boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) {
        if (mFactoryTest == FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL
                && mTopAction == null) {//1
            return false;
        }
        Intent intent = getHomeIntent();//2
        ActivityInfo aInfo = resolveActivityInfo(intent, STOCK_PM_FLAGS, userId);
        if (aInfo != null) {
            intent.setComponent(new ComponentName(aInfo.applicationInfo.packageName, aInfo.name));
            aInfo = new ActivityInfo(aInfo);
            aInfo.applicationInfo = getAppInfoForUser(aInfo.applicationInfo, userId);
            ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(aInfo.processName,
                    aInfo.applicationInfo.uid, true);
            if (app == null || app.instrumentationClass == null) {//3
                intent.setFlags(intent.getFlags() | Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
                mActivityStarter.startHomeActivityLocked(intent, aInfo, reason);//4
            }
        } else {
            Slog.wtf(TAG, "No home screen found for " + intent, new Throwable());
        }

        return true;
    }複製程式碼

註釋1處的mFactoryTest代表系統的執行模式，系統的執行模式分為三種，分別是非工廠模式、低階工廠模式和高階工廠模式，mTopAction則用來描述第一個被啟動Activity元件的Action，它的值為Intent.ACTION_MAIN。因此註釋1的程式碼意思就是mFactoryTest為FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL（低階工廠模式）並且mTopAction=null時，直接返回false。註釋2處的getHomeIntent函式如下所示。

Intent getHomeIntent() {
    Intent intent = new Intent(mTopAction, mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);
    intent.setComponent(mTopComponent);
    intent.addFlags(Intent.FLAG_DEBUG_TRIAGED_MISSING);
    if (mFactoryTest != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
        intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);
    }
    return intent;
}複製程式碼

getHomeIntent函式中建立了Intent，並將mTopAction和mTopData傳入。mTopAction的值為Intent.ACTION_MAIN，並且如果系統執行模式不是低階工廠模式則將intent的Category設定為Intent.CATEGORY_HOME。我們再回到ActivityManagerService的startHomeActivityLocked函式，假設系統的執行模式不是低階工廠模式，在註釋3處判斷符合Action為Intent.ACTION_MAIN，Category為Intent.CATEGORY_HOME的應用程式是否已經啟動，如果沒啟動則呼叫註釋4的方法啟動該應用程式。
這個被啟動的應用程式就是Launcher，因為Launcher的Manifest檔案中的intent-filter標籤匹配了Action為Intent.ACTION_MAIN，Category為Intent.CATEGORY_HOME。Launcher的Manifest檔案如下所示。
packages/apps/Launcher3/AndroidManifest.xml

<manifest
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.android.launcher3">
    <uses-sdk android:targetSdkVersion="23" android:minSdkVersion="16"/>
 ...
 <application
        ...
        <activity
            android:name="com.android.launcher3.Launcher"
            android:launchMode="singleTask"
            android:clearTaskOnLaunch="true"
            android:stateNotNeeded="true"
            android:theme="@style/Theme"
            android:windowSoftInputMode="adjustPan"
            android:screenOrientation="nosensor"
            android:configChanges="keyboard|keyboardHidden|navigation"
            android:resumeWhilePausing="true"
            android:taskAffinity=""
            android:enabled="true">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
                <category android:name="android.intent.category.HOME" />
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
                <category android:name="android.intent.category.MONKEY"/>
            </intent-filter>
        </activity>
...
  </application> 
</manifest>複製程式碼

這樣，應用程式Launcher就會被啟動起來，並執行它的onCreate函式。

3.Launcher中應用圖示顯示流程

Launcher的onCreate函式如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java

      @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
       ...
        LauncherAppState app = LauncherAppState.getInstance();//1
        mDeviceProfile = getResources().getConfiguration().orientation
                == Configuration.ORIENTATION_LANDSCAPE ?
                app.getInvariantDeviceProfile().landscapeProfile
                : app.getInvariantDeviceProfile().portraitProfile;

        mSharedPrefs = Utilities.getPrefs(this);
        mIsSafeModeEnabled = getPackageManager().isSafeMode();
        mModel = app.setLauncher(this);//2
        ....
        if (!mRestoring) {
            if (DISABLE_SYNCHRONOUS_BINDING_CURRENT_PAGE) {
                mModel.startLoader(PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE);//2
            } else {
                mModel.startLoader(mWorkspace.getRestorePage());
            }
        }
...
    }複製程式碼

註釋1處獲取LauncherAppState的例項並在註釋2處呼叫它的setLauncher函式並將Launcher物件傳入，LauncherAppState的setLauncher函式如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/LauncherAppState.java

   LauncherModel setLauncher(Launcher launcher) {
        getLauncherProvider().setLauncherProviderChangeListener(launcher);
        mModel.initialize(launcher);//1
        mAccessibilityDelegate = ((launcher != null) && Utilities.ATLEAST_LOLLIPOP) ?
            new LauncherAccessibilityDelegate(launcher) : null;
        return mModel;
    }複製程式碼

註釋1處會呼叫LauncherModel的initialize函式：

public void initialize(Callbacks callbacks) {
    synchronized (mLock) {
        unbindItemInfosAndClearQueuedBindRunnables();
        mCallbacks = new WeakReference<Callbacks>(callbacks);
    }
}複製程式碼

在initialize函式中會將Callbacks，也就是傳入的Launcher 封裝成一個弱引用物件。因此我們得知mCallbacks變數指的就是封裝成弱引用物件的Launcher，這個mCallbacks後文會用到它。
再回到Launcher的onCreate函式，在註釋2處呼叫了LauncherModel的startLoader函式：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/LauncherModel.java

...
 @Thunk static final HandlerThread sWorkerThread = new HandlerThread("launcher-loader");//1
    static {
        sWorkerThread.start();
    }
    @Thunk static final Handler sWorker = new Handler(sWorkerThread.getLooper());//2
...
   public void startLoader(int synchronousBindPage, int loadFlags) {s
        InstallShortcutReceiver.enableInstallQueue();
        synchronized (mLock) {
            synchronized (mDeferredBindRunnables) {
                mDeferredBindRunnables.clear();
            }
            if (mCallbacks != null && mCallbacks.get() != null) {
                stopLoaderLocked();
                mLoaderTask = new LoaderTask(mApp.getContext(), loadFlags);//3
                if (synchronousBindPage != PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE
                        && mAllAppsLoaded && mWorkspaceLoaded && !mIsLoaderTaskRunning) {
                    mLoaderTask.runBindSynchronousPage(synchronousBindPage);
                } else {
                    sWorkerThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
                    sWorker.post(mLoaderTask);//4
                }
            }
        }
    }複製程式碼

註釋1處建立了具有訊息迴圈的執行緒HandlerThread物件。註釋2處建立了Handler，並且傳入HandlerThread的Looper。Hander的作用就是向HandlerThread傳送訊息。在註釋3處建立LoaderTask，在註釋4處將LoaderTask作為訊息傳送給HandlerThread 。
LoaderTask類實現了Runnable介面，當LoaderTask所描述的訊息被處理時則會呼叫它的run函式，程式碼如下所示

 private class LoaderTask implements Runnable {
 ...
        public void run() {
            synchronized (mLock) {
                if (mStopped) {
                    return;
                }
                mIsLoaderTaskRunning = true;
            }
            keep_running: {
                if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 1: loading workspace");
                loadAndBindWorkspace();//1
                if (mStopped) {
                    break keep_running;
                }
                waitForIdle();
                if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 2: loading all apps");
                loadAndBindAllApps();//2
            }
            mContext = null;
            synchronized (mLock) {
                if (mLoaderTask == this) {
                    mLoaderTask = null;
                }
                mIsLoaderTaskRunning = false;
                mHasLoaderCompletedOnce = true;
            }
        }
   ...     
  }複製程式碼

Launcher是用工作區的形式來顯示系統安裝的應用程式的快捷圖示，每一個工作區都是來描述一個抽象桌面的，它由n個螢幕組成，每個螢幕又分n個單元格，每個單元格用來顯示一個應用程式的快捷圖示。註釋1處呼叫loadAndBindWorkspace函式用來載入工作區資訊，註釋2處的loadAndBindAllApps函式是用來載入系統已經安裝的應用程式資訊，loadAndBindAllApps函式程式碼如下所示。

private void loadAndBindAllApps() {
    if (DEBUG_LOADERS) {
        Log.d(TAG, "loadAndBindAllApps mAllAppsLoaded=" + mAllAppsLoaded);
    }
    if (!mAllAppsLoaded) {
        loadAllApps();//1
        synchronized (LoaderTask.this) {
            if (mStopped) {
                return;
            }
        }
        updateIconCache();
        synchronized (LoaderTask.this) {
            if (mStopped) {
                return;
            }
            mAllAppsLoaded = true;
        }
    } else {
        onlyBindAllApps();
    }
}複製程式碼

如果系統沒有載入已經安裝的應用程式資訊，則會呼叫註釋1處的loadAllApps函式：

  private void loadAllApps() {
...
        mHandler.post(new Runnable() {
            public void run() {
                final long bindTime = SystemClock.uptimeMillis();
                final Callbacks callbacks = tryGetCallbacks(oldCallbacks);
                if (callbacks != null) {
                    callbacks.bindAllApplications(added);//1
                    if (DEBUG_LOADERS) {
                        Log.d(TAG, "bound " + added.size() + " apps in "
                                + (SystemClock.uptimeMillis() - bindTime) + "ms");
                    }
                } else {
                    Log.i(TAG, "not binding apps: no Launcher activity");
                }
            }
        });
       ...
    }複製程式碼

在註釋1處會呼叫callbacks的bindAllApplications函式，在前面我們得知這個callbacks實際是指向Launcher的，因此我們來檢視Launcher的bindAllApplications函式，程式碼如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java

public void bindAllApplications(final ArrayList<AppInfo> apps) {
    if (waitUntilResume(mBindAllApplicationsRunnable, true)) {
        mTmpAppsList = apps;
        return;
    }
    if (mAppsView != null) {
        mAppsView.setApps(apps);//1
    }
    if (mLauncherCallbacks != null) {
        mLauncherCallbacks.bindAllApplications(apps);
    }
}複製程式碼

在註釋1處會呼叫AllAppsContainerView的setApps函式，並將包含應用資訊的列表apps傳進去，AllAppsContainerView的setApps函式如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/allapps/AllAppsContainerView.java

  public void setApps(List<AppInfo> apps) {
        mApps.setApps(apps);
    }複製程式碼

包含應用資訊的列表apps已經傳給了AllAppsContainerView，檢視AllAppsContainerView的onFinishInflate函式：

 @Override
    protected void onFinishInflate() {
        super.onFinishInflate();
...
        // Load the all apps recycler view
        mAppsRecyclerView = (AllAppsRecyclerView) findViewById(R.id.apps_list_view);//1
        mAppsRecyclerView.setApps(mApps);//2
        mAppsRecyclerView.setLayoutManager(mLayoutManager);
        mAppsRecyclerView.setAdapter(mAdapter);//3
        mAppsRecyclerView.setHasFixedSize(true);
        mAppsRecyclerView.addOnScrollListener(mElevationController);
        mAppsRecyclerView.setElevationController(mElevationController);
...
    }複製程式碼

onFinishInflate函式在載入完xml檔案時就會呼叫，在註釋1處得到AllAppsRecyclerView用來顯示App列表，並在註釋2處將apps的資訊列表傳進去，並在註釋3處為AllAppsRecyclerView設定Adapter。這樣應用程式快捷圖示的列表就會顯示在螢幕上。
到這裡Launcher啟動流程就講到這，接下來講Android系統啟動流程。

4.Android系統啟動流程

那麼結合本篇以及本系列的前三篇文章，我們就可以得出Android系統啟動流程，如下所示。
1.啟動電源以及系統啟動
當電源按下時引導晶片程式碼開始從預定義的地方（固化在ROM）開始執行。載入載入程式Bootloader到RAM，然後執行。
2.載入程式BootLoader
載入程式BootLoader是在Android作業系統開始執行前的一個小程式，它的主要作用是把系統OS拉起來並執行。
3.Linux核心啟動
核心啟動時，設定快取、被保護儲存器、計劃列表、載入驅動。當核心完成系統設定，它首先在系統檔案中尋找init.rc檔案，並啟動init程式。
4.init程式啟動
初始化和啟動屬性服務，並且啟動Zygote程式。
5.Zygote程式啟動
建立JavaVM併為JavaVM註冊JNI，建立服務端Socket，啟動SystemServer程式。
6.SystemServer程式啟動
啟動Binder執行緒池和SystemServiceManager，並且啟動各種系統服務。
7.Launcher啟動
被SystemServer程式啟動的ActivityManagerService會啟動Launcher，Launcher啟動後會將已安裝應用的快捷圖示顯示到介面上。

結合上面的流程，給出Android系統啟動流程圖：

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