Android應用程式啟動原始碼淺析-(三萬字長文慎點&Android14)

柳云居士發表於2024-06-05
Android原始碼

在Android桌面Launcher原始碼淺析中介紹了Android的桌面程式Launcher是如何響應使用者點選事件並啟動App的，這篇文章繼續介紹App在Android系統層的啟動流程。

一、啟動流程

sequenceDiagram participant User participant Launcher participant ActivityManagerService participant Zygote participant AppProcess participant Application participant FirstActivity User ->> Launcher: 點選應用圖示 Launcher ->> ActivityManagerService: 請求啟動Activity ActivityManagerService ->> Zygote: 建立新程序 Zygote -->> AppProcess: fork新程序 AppProcess ->> Application: 建立Application例項 Application ->> FirstActivity: 啟動第一個Activity FirstActivity ->> User: 顯示介面

二、Launcher通知AndroidOS(使用者點選圖示)

2.1 Activity.java

frameworks/base/core/java/android/app/Activity.java 原始碼地址

  • 在Android桌面Launcher原始碼淺析中提到Launcher最終透過frameworks/base/core/java/android/app/Activity.java中的startActivity方法啟動了對應的應用程式。
  • startActivity方法是透過呼叫startActivityForResult方法來實現的。
  • startActivityForResult方法最終呼叫了/frameworks/base/core/java/android/app/Instrumentation.java的execStartActivity方法
public class Activity {

    @Override
    public void startActivity(Intent intent) {
        this.startActivity(intent, null);
    }

    @Override
    public void startActivity(Intent intent, @Nullable Bundle options) {
        if (options != null) {
            startActivityForResult(intent, -1, options);
        } else {
            startActivityForResult(intent, -1);
        }
    }
    
    @Override
    public void startActivityForResult(...) {
        if (mParent == null) {
            options = transferSpringboardActivityOptions(options);
            // 呼叫Instrumentation的execStartActivity方法
            Instrumentation.ActivityResult ar =
                mInstrumentation.execStartActivity(...);
        }
    }

}

2.2 Instrumentation.java

frameworks/base/core/java/android/app/Instrumentation.java 原始碼地址

  • Instrumentation.java中的execStartActivity方法是Activity啟動流程的關鍵。
  • execStartActivity方法透過ActivityTaskManager.getService().startActivity方法與系統服務進行通訊.
// Instrumentation中有多個execStartActivity同名方法，注意是target的型別為Activity的方法
public ActivityResult execStartActivity(
        Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
        Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
        
        // ActivityTaskManager.getService()獲取到ActivityTaskManagerService的例項物件
        // 呼叫ActivityTaskManagerService.startActivity
        int result = ActivityTaskManager.getService()
                .startActivity(...);
}

2.3 ActivityTaskManagerService.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityTaskManagerService.java 原始碼地址

  • ActivityTaskManagerService是一個系統服務，負責管理Activity的啟動。
  • startActivity方法呼叫了startActivityAsUser方法
  • startActivityAsUser方法透過ActivityStartController的obtainStarter方法獲取了ActivityStarter物件例項，並呼叫ActivityStarter的execute方法
public final int startActivity(...) {
    // 呼叫startActivityAsUser方法
    return startActivityAsUser(...);
}

public final int startActivityAsUser(...) {

    // ActivityStartController的obtainStarter獲取了ActivityStarter物件
    return getActivityStartController().obtainStarter(intent, "startActivityAsUser")
                ... // 構造引數
                .execute();
}

2.4 ActivityStarter.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityStarter.java 原始碼地址

  • 在ActivityStarter中最終會呼叫RootWindowContainer的resumeFocusedTasksTopActivities方法
int execute() {
    // 呼叫executeRequest方法
    res = executeRequest(mRequest);
}

private int executeRequest(Request request) {
    // 建立ActivityRecord物件
    final ActivityRecord r = new ActivityRecord.Builder(mService)
            .setCaller(callerApp)
            ... // 構造引數
            .build();
    // 呼叫startActivityUnchecked方法
    mLastStartActivityResult = startActivityUnchecked(...);
}

private int startActivityUnchecked(...) {
    // 呼叫startActivityInner
    result = startActivityInner(...);
}

int startActivityInner(...) {
    // 呼叫RootWindowContainer的resumeFocusedTasksTopActivities方法
    mRootWindowContainer.resumeFocusedTasksTopActivities(...);
}

2.5 RootWindowContainer.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/RootWindowContainer.java 原始碼地址

  • RootWindowContainer是WindowManagerService的主要組成部分之一，是一個管理視窗的容器。
  • 呼叫Task和TaskFragment將前臺程式Pause，為新的應用程式啟動做準備。
  • 在resumeFocusedTasksTopActivities中呼叫Task的resumeTopActivityUncheckedLocked方法。

private boolean resumeFocusedTasksTopActivities(...) {
    // 呼叫Task的resumeTopActivityUncheckedLocked方法
    result = targetRootTask.resumeTopActivityUncheckedLocked(...);
}

2.5.1 Task.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/Task.java 原始碼地址

  • 在Task最終呼叫TaskFragment的resumeTopActivity方法
@GuardedBy("mService")
boolean resumeTopActivityUncheckedLocked(...) {
    // 呼叫resumeTopActivityInnerLocked
    someActivityResumed = resumeTopActivityInnerLocked(...);
}

@GuardedBy("mService")
private boolean resumeTopActivityInnerLocked(...) {
    final TaskFragment topFragment = topActivity.getTaskFragment();
    // 呼叫TaskFragment的resumeTopActivity
    resumed[0] = topFragment.resumeTopActivity(...););
    return resumed[0];
}

2.5.2 TaskFragment.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/TaskFragment.java 原始碼地址

  • 在TaskFragment最終呼叫ActivityTaskManagerService的startProcessAsync方法
final boolean resumeTopActivity(...) {
   // 暫停當前視窗的Aciticity，可參見原始碼
   ...
   // 呼叫ActivityTaskManagerService的startProcessAsync方法建立新的Activity
ActivityTaskManagerService的startProcessAsync方法
   mAtmService.startProcessAsync(...);
}

2.6 再次回到ActivityTaskManagerService.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityTaskManagerService.java 原始碼地址

  • 處理完視窗容器資料以後(核心工作是將前臺程式Pause)，再次回到了ActivityTaskManagerService
  • 在startProcessAsync方法傳送非同步訊息，呼叫ActivityManagerInternal的startProcess方法
  • ActivityManagerInternal的實現類是ActivityManagerService
// mAmInternal的獲取方法，註冊方法在ActivityManagerService中(下一小節2.8做介紹)
mAmInternal = LocalServices.getService(ActivityManagerInternal.class);

void startProcessAsync(...) {
    
        // PooledLambda會自動呼叫mAmInternal(ActivityManagerInternal)的startProcess方法
        final Message m = PooledLambda.obtainMessage(ActivityManagerInternal::startProcess, mAmInternal, ...);
        mH.sendMessage(m);
}
  • ActivityManagerInternal是一個抽象類，具體實現在ActivityManagerService.java中實現

2.7 ActivityManagerService.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java 原始碼地址

  • 在ActivityManagerService最終呼叫ProcessList的startProcessLocked方法
public class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stub {
    
    // 初始化LocalService(ActivityManagerInternal)
    private final ActivityManagerInternal mInternal = new LocalService();

    public void init() {
        // 在LocalServices中進行註冊
        LocalServices.addService(ActivityManagerInternal.class, mInternal);
    }
    private class LocalService extends ActivityManagerInternal {
        // ActivityManagerInternal 介面方法的具體實現
        @Override
        public void startProcess(...) {
            synchronized (ActivityManagerService.this) {
                // 呼叫ActivityManagerService的startProcessLocked方法
                startProcessLocked(...)
            }
        }
    }
        @GuardedBy("this")
    final ProcessRecord startProcessLocked(...) {
        // 呼叫ProcessList的startProcessLocked
        return mProcessList.startProcessLocked(...);
    }
}

2.7.1 ProcessList.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ProcessList.java 原始碼地址

  • 在ProcessList最終呼叫到ZygoteProcess的start方法
@GuardedBy("mService")
boolean startProcessLocked(ProcessRecord app, ...) {
    // 定義建立Activity完成後回撥的入口點(重要)
    final String entryPoint = "android.app.ActivityThread";
    return startProcessLocked(hostingRecord, ...);
}

@GuardedBy("mService")
boolean startProcessLocked(HostingRecord hostingRecord, ...) {
    // 呼叫startProcess
    final Process.ProcessStartResult startResult = startProcess(...);
}

private Process.ProcessStartResult startProcess(...) {
    // 獲取AppZygote
    final AppZygote appZygote = createAppZygoteForProcessIfNeeded(app);
    // appZygote.getProcess()獲取到ChildZygoteProcess類(ZygoteProcess的子類)
    // 呼叫ZygoteProcess的start方法
    startResult = appZygote.getProcess().start(entryPoint,...);
}

2.8 ZygoteProcess.java

/frameworks/base/core/java/android/os/ZygoteProcess.java 原始碼地址

  • 在ZygoteProcess傳送訊息給Zygote程序，透過Zygote程序建立新的activity程序
public final Process.ProcessStartResult start(...) {
    // 呼叫startViaZygote
    return startViaZygote(...)
}

private Process.ProcessStartResult startViaZygote(...) {
    // 透過openZygoteSocketIfNeeded(abi)開啟一個到Zygote程序的套接字連線(Socket)。
    // 呼叫zygoteSendArgsAndGetResult
    return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi),zygotePolicyFlags,argsForZygote);
}

@GuardedBy("mLock")
private Process.ProcessStartResult zygoteSendArgsAndGetResult(...) {
    // 呼叫attemptZygoteSendArgsAndGetResult
    return attemptZygoteSendArgsAndGetResult(...);
}

private Process.ProcessStartResult attemptZygoteSendArgsAndGetResult(...) {
    try {
        // 建立Zygote套接字的輸入輸出流
        final BufferedWriter zygoteWriter = zygoteState.mZygoteOutputWriter;
        final DataInputStream zygoteInputStream = zygoteState.mZygoteInputStream;

        // 傳送訊息給 Zygote 程序
        zygoteWriter.write(msgStr);
        zygoteWriter.flush();

        // 讀取 Zygote 程序返回的結果
        Process.ProcessStartResult result = new Process.ProcessStartResult();
        result.pid = zygoteInputStream.readInt();
        result.usingWrapper = zygoteInputStream.readBoolean();
        // 檢查 PID 是否有效
        if (result.pid < 0) {
            throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed");
        }

        return result;
    } catch (IOException ex) {
        zygoteState.close();
        Log.e(LOG_TAG, "IO Exception while communicating with Zygote - "
                + ex.toString());
        throw new ZygoteStartFailedEx(ex);
    }
}

三、Activity程序建立(Zygote程序fork)

在Android啟動過程-萬字長文(Android14)介紹了Zygote程序(孵化器程序)

3.1 Zygote簡介

  • Zygote程序是一個使用者程序，由init程序(1號程序)fork而來。
  • Zygote程序透過fork的方式建立新的應用程式程序。
  • Zygote程序的入口點是ZygoteInit類中的main方法。

下面將簡單介紹在Zygote程序的程式碼流轉。

3.2 ZygoteInit.java

Android14的ZygoteInit原始碼地址

  • Zygote程序是在Android系統啟動過程中建立的，建立完成後會透過ZygoteServer來監聽訊息
public static void main(String argv[]) {
    ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();
    ...

    // 啟動Zygote伺服器，迴圈監聽訊息
    caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
    if (caller != null) {
        // 有新的訊息就執行對應Runnable程式碼
        caller.run();
    }
    ...
}

3.3 ZygoteServer.java

Android14的ZygoteServer原始碼地址

  • 在ZygoteServer獲取到訊息後會呼叫ZygoteConnection的processCommand方法
Runnable runSelectLoop(String abiList) {

    while (true) {
        // 使用 select 監聽套接字
        StructPollfd[] pollFDs = new StructPollfd[socketFDs.size()];
        
        if (pollIndex == 0) {
            // 接收到新的連線
            ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
            peers.add(newPeer);
            socketFDs.add(newPeer.getFileDescriptor());
        } else {
            // 處理已有連線的請求
            ZygoteConnection connection = peers.get(pollIndex);
            final Runnable command = connection.processCommand(this, multipleForksOK);
        }
    }
}

3.4 ZygoteConnection.java

Android14的ZygoteConnection原始碼地址

  • ZygoteConnection的processCommand方法最終呼叫ZygoteInit的zygoteInit方法

Runnable processCommand(ZygoteServer zygoteServer, boolean multipleOK) {
    ...
    // 呼叫Zygote的forkAndSpecialize方法fork出Acitivity的程序
    pid = Zygote.forkAndSpecialize(...);
    
    if (pid == 0) {
        // 在子程序中,即建立出來的應用程式所在程序
        return handleChildProc(parsedArgs, childPipeFd,
                parsedArgs.mStartChildZygote);
    } else {
        // 在父執行緒中,pid為建立好的子程序的id
        handleParentProc(pid, serverPipeFd);
        return null;
    }
}

private void handleParentProc(int pid, FileDescriptor serverPipeFd) {
    // 透過套接字Socket將子程序的 PID 返回給請求方（ActivityManagerService）
    os.writeInt(pid);
}


private Runnable handleChildProc(...) {
    
        // 子程序負責應用程式後續的初始化工作
        ZygoteInit.zygoteInit(...)
}
  • fork系統呼叫會建立一個新的程序(子程序)。在呼叫fork後，父程序和子程序(新建立出來的程序)會各自執行後續的程式碼。
  • 在父程序中，fork返回子程序的PID。這是一個正整數，表示新建立的子程序的程序ID。
  • 在子程序中(新程序)，fork 返回 0。這表示當前程序是新建立的子程序。
  • 應用程式(App)的程序就是新建立的子程序

3.5 再次回到ZygoteInit.java

Android14的ZygoteInit原始碼地址

  • 呼叫RuntimeInit.applicationInit方法，進行應用程式的初始化過程
public static Runnable zygoteInit(...) {
    // 常見的初始化工作，例如設定系統屬性、初始化預設的未捕獲異常處理器等
    RuntimeInit.commonInit();
    // Zygote相關的初始化工作。這個初始化過程在C/C++層面進行，設定了必要的Zygote執行環境
    ZygoteInit.nativeZygoteInit();
    // 呼叫RuntimeInit.applicationInit方法，進行應用程式的初始化過程
    return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, disabledCompatChanges, argv, classLoader);
}

3.6 RuntimeInit.java

Android14的RuntimeInit原始碼地址

  • 在RuntimeInit的applicationInit方法完成初始化工作後，透過反射的方式，呼叫android.app.ActivityThread的main方法
  • 引數列表中的startClass即2.9 ProcessList.java原始碼中的entryPoint(android.app.ActivityThread)
protected static Runnable applicationInit(...) {
    // 查詢並返回應用程式的主方法
    return findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}

private static Runnable findStaticMain(...) {
    // 反射得到android.app.ActivityThread類
    cl = Class.forName(className, true, classLoader);
    // 反射獲取main方法
    m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
    // 返回可被執行的Runnable物件
	return new MethodAndArgsCaller(m, argv);
}

四、初始化Application例項

透過Zygote程序fork出應用程式的程序後，下一步就是建立整個應用程式的Application例項

4.1 ActivityThread.java

Android14的ActivityThread原始碼地址

  • 建立應用程式的ActivityThread例項
  • 建立應用程式的Application例項
  • 建立應用程式的Looper迴圈
public static void main(String[] args) {

    // 初始化主線模組
    initializeMainlineModules();
    // 建立MainLooper
    Looper.prepareMainLooper();
    // 建立ActivityThread
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    // 建立應用程式Application例項
    thread.attach(false, startSeq);

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }
    // 迴圈監聽訊息
    Looper.loop();
}

@UnsupportedAppUsage
private void attach(boolean system, long startSeq) {
    // 獲取ActivityManagerService例項
    final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
    // 呼叫ActivityManagerService的attachApplication方法
    mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
}

4.2 ActivityManagerService.java

Android14的ActivityManagerService原始碼地址

  • 在ActivityManagerService完成Application建立和第一個Activity的建立
@Override
public final void attachApplication(IApplicationThread thread, long startSeq) {
    // 呼叫attachApplicationLocked方法
    attachApplicationLocked(thread, callingPid, callingUid, startSeq);
}

private void attachApplicationLocked(...) {
    // 呼叫ActivityThread的bindApplication方法建立並繫結Application
    thread.bindApplication(...)
    // 在結束Application建立後呼叫finishAttachApplicationInner啟動app的第一個Activity頁面，在4.5會介紹這一部分程式碼
    finishAttachApplicationInner(startSeq, callingUid, pid);
}

4.3 再次回到ActivityThread.java

Android14的ActivityThread原始碼地址

  • 透過Handler機制完成訊息的傳遞，正式載入apk檔案
public final void bindApplication(...) {
    AppBindData data = new AppBindData();
    ... // 構造data的資料
    // H為Handler, BIND_APPLICATION是int值
    
    sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data);
}

// ActivityThread的內部類H
class H extends Handler {
    public void handleMessage(Message msg) {
        switch (msg.what) {
            case BIND_APPLICATION:
                AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;
                handleBindApplication(data);
                break;
        }
    }
}

@UnsupportedAppUsage
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
    Application app;
    // 最終呼叫LoadedApk的makeApplicationInner方法載入apk檔案到記憶體中
    app = data.info.makeApplicationInner(data.restrictedBackupMode, null);
    // 呼叫Application的onCreate方法，正式進入apk執行檔案
    mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
}

4.4 LoadedApk.java

Android14的LoadedApk原始碼地址

private Application makeApplicationInner(...) {
    // 獲取app的application類(在AndroidManifast.xml中定義的)，沒有就使用預設的android.app.Application
    String appClass = mApplicationInfo.getCustomApplicationClassNameForProcess(
            myProcessName);
    if (forceDefaultAppClass || (appClass == null)) {
        appClass = "android.app.Application";
    }
    // 呼叫Instrumentation的newApplication方法建立Application物件
    app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
                    cl, appClass, appContext);
}

4.5 Instrumentation.java

Android14的Instrumentation原始碼地址

  • 在Instrumentation完成Application例項的初始化，並呼叫onCreate方法
// 建立Application物件
static public Application newApplication(Class<?> clazz, Context context) {
    // Application例項的初始化
    Application app = (Application)clazz.newInstance();
    app.attach(context);
    return app;
}

// 呼叫Application的onCreate方法
public void callApplicationOnCreate(Application app) {
    app.onCreate();
}

五、啟動第一個Activity

5.1 ActivityManagerService.java

Android14的ActivityManagerService原始碼地址

  • 在執行完Application的onCreate方法後，我們再回到ActivityManagerService.java的attachApplicationLocked方法中
  • 在attachApplicationLocked方法最終會呼叫LocalService的attachApplication方法來載入我們的第一個Acitivity頁面
  • ActivityTaskManagerInternal是定義在ActivityTaskManagerService.java的LocalService類
private void attachApplicationLocked(...) {
    // 呼叫ActivityThread的bindApplication方法建立並繫結Application
    thread.bindApplication(...)
    // 在結束Application建立後呼叫finishAttachApplicationInner啟動app的第一個Activity頁面
    finishAttachApplicationInner(startSeq, callingUid, pid);
}

private void finishAttachApplicationInner(long startSeq, int uid, int pid) {
    if (normalMode) {
        try {
        // 呼叫`ActivityTaskManagerInternal`(即ActivityTaskManagerService.LocalService)的**attachApplication**方法來載入我們的第一個Acitivity頁面
            didSomething = mAtmInternal.attachApplication(app.getWindowProcessController());
        }
    }
}

5.2 ActivityTaskManagerService.java

Android14的ActivityTaskManagerService原始碼地址

  • 在LocalService中呼叫RootWindowContainer.attachApplication方法
final class LocalService extends ActivityTaskManagerInternal {
    @Override
    public boolean attachApplication(WindowProcessController wpc){
        // 呼叫RootWindowContainer的attachApplication
        return mRootWindowContainer.attachApplication(wpc);
    }
}

5.3 RootWindowContainer.java

Android14的RootWindowContainer原始碼地址

  • 最終呼叫ActivityTaskSupervisor的realStartActivityLocked方法
boolean attachApplication(WindowProcessController app) throws RemoteException {
    // 呼叫RootWindowContainer內部類AttachApplicationHelper的process方法
    return mAttachApplicationHelper.process(app);
}
private class AttachApplicationHelper implements Consumer<Task>, Predicate<ActivityRecord> {
    boolean process(WindowProcessController app) throws RemoteException {
        mApp = app;
        for (int displayNdx = getChildCount() - 1; displayNdx >= 0; --displayNdx) {
            // 透過/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/Task.java中的forAllRootTasks呼叫test方法
            getChildAt(displayNdx).forAllRootTasks(this);
        }
    }
    
    public boolean test(ActivityRecord r) {
        // 呼叫ActivityTaskSupervisor的realStartActivityLocked方法
        mTaskSupervisor.realStartActivityLocked(...)
    }
}

5.3.1 Task.java

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/Task.java原始碼地址

boolean forAllRootTasks(Predicate<Task> callback, boolean traverseTopToBottom) {
    // 呼叫test方法
    return isRootTask() ? callback.test(this) : false;
}

5.4 ActivityTaskSupervisor.java

Android14的ActivityTaskSupervisor原始碼地址

boolean realStartActivityLocked(ActivityRecord r, WindowProcessController proc,
            boolean andResume, boolean checkConfig) throws RemoteException {
        ...
        // 建立ClientTransaction啟動事務:
        final ClientTransaction clientTransaction = ClientTransaction.obtain(
                proc.getThread(), r.token);
        ...
        // 新增LaunchActivityItem回撥
        clientTransaction.addCallback(LaunchActivityItem.obtain(new Intent...));
        ...
        // 執行啟動事務，呼叫ClientLifecycleManager的scheduleTransaction方法
        mService.getLifecycleManager().scheduleTransaction(clientTransaction);
        ...

}
  • ClientTransaction事務物件，用於描述一系列客戶端（即應用程序）需要執行的操作。
  • LaunchActivityItem回撥引數中包括如何啟動Activity，啟動所需的Intent、配置、狀態等資訊。

5.4.1 ClientLifecycleManager.java

Android14的ClientLifecycleManager原始碼地址

void scheduleTransaction(ClientTransaction transaction) throws RemoteException {
    final IApplicationThread client = transaction.getClient();
    // 呼叫ClientTransaction的schedule
    transaction.schedule();
}

5.4.2 ClientTransaction.java

Android14的ClientTransaction原始碼地址

public void schedule() throws RemoteException {
    // 呼叫mClient的scheduleTransaction方法
    mClient.scheduleTransaction(this);
}
  • mClient是IApplicationThread介面，實際是ActivityThread的內部類ApplicationThread物件。
  • mClient在ActivityTaskSupervisor的realStartActivityLocked方法中透過ClientTransaction.obtain(proc.getThread(), r.token)，具體可參考ActivityTaskSupervisor原始碼

5.5 回到ActivityThread.java

Android14的ActivityThread原始碼地址

private class ApplicationThread extends IApplicationThread.Stub {
    @Override
    public void scheduleTransaction(ClientTransaction transaction) throws RemoteException {
        // 呼叫ActivityThread的scheduleTransaction
        ActivityThread.this.scheduleTransaction(transaction);
    }
}
  • scheduleTransaction方法實際呼叫的是ActivityThread父類ClientTransactionHandler的scheduleTransaction方法

5.5.1 ClientTransactionHandler.java

Android14的ClientTransactionHandler原始碼地址

void scheduleTransaction(ClientTransaction transaction) {
   transaction.preExecute(this);
   // 將事務放入訊息佇列中，等待主執行緒的處理
   sendMessage(ActivityThread.H.EXECUTE_TRANSACTION, transaction);
}

5.5.2 ActivityThread的內部Handler類H處理訊息

Android14的ActivityThread原始碼地址

public void handleMessage(Message msg) {
    switch (msg.what) {
        case EXECUTE_TRANSACTION:
            final ClientTransaction transaction = (ClientTransaction) msg.obj;
            mTransactionExecutor.execute(transaction);
            break;
    }
}

5.5.3 TransactionExecutor.java

Android14的TransactionExecutor原始碼地址

public void execute(ClientTransaction transaction) {
    // 執行事務中的回撥和生命週期狀態請求
    executeCallbacks(transaction);
    executeLifecycleState(transaction);
}

public void executeCallbacks(ClientTransaction transaction) {
    final List<ClientTransactionItem> callbacks = transaction.getCallbacks();
    // 遍歷事務中的所有回撥項，並呼叫每個回撥項的execute方法。
    for (int i = 0, size = callbacks.size(); i < size; ++i) {
        final ClientTransactionItem item = callbacks.get(i);
        item.execute(mClient, mTransactionHandler, transaction.getLifecycleStateRequest());
    }
}
  • 每個回撥項的execute方法實際就是呼叫LaunchActivityItem的execute方法

5.5.4 LaunchActivityItem.java

Android14的LaunchActivityItem原始碼地址

@Override
public void execute(ClientTransactionHandler client, IBinder token, PendingTransactionActions pendingActions) {
    client.handleLaunchActivity(new LaunchActivityItem.ActivityClientRecord(this), pendingActions, null);
}
  • 呼叫ClientTransactionHandler即ActivityThread的handleLaunchActivity方法

5.6 回到ActivityThread

Android14的ActivityThread原始碼地址

public Activity handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r, PendingTransactionActions pendingActions, Intent customIntent) {
    // 呼叫performLaunchActivity
    final Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);
}

private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {
    // 建立activity物件
    activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);
}

5.6.1 Instrumentation.java

Android14的Instrumentation原始碼地址

public Activity newActivity(...) {
    // 建立Activity
    Activity activity = (Activity)clazz.newInstance();
    ...
    return activity;
}

5.6.2 回到ActivityThread的performLaunchActivity方法

private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {
    // 建立activity物件
    activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);
    // activity繫結上下文Context
    activity.attach(appContext, this, getInstrumentation(), r.token,...);
    // 呼叫Instrumentation的callActivityOnCreate方法
    mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state, r.persistentState);
}

5.6.3 Instrumentation的callActivityOnCreate方法

public void callActivityOnCreate(Activity activity, Bundle icicle) {
    // 呼叫Activity的performCreate方法
    activity.performCreate(icicle);
}

5.7 Activity.java

Android14的Activity原始碼地址

  • 在Activity中實現了生命週期方法的呼叫邏輯

5.7.1 onCreate方法

final void performCreate(...) {
    // 呼叫onCreate方法
    if (persistentState != null) {
        onCreate(icicle, persistentState);
    } else {
        onCreate(icicle);
    }
}
  • 繞了一大圈，最終又回到了Activity.java
  • 在performCreate中呼叫onCreate生命週期方法

5.7.2 onStart方法

5.7.2.1 TransactionExecutor.java

  • 在TransactionExecutor.java的方法execute中透過executeCallbacks建立了Activity並呼叫onCreate方法
  • 然後在executeLifecycleState方法中呼叫後續的生命週期方法
public void execute(ClientTransaction transaction) {
    // 執行事務中的回撥
    executeCallbacks(transaction);
    // 執行生命週期
    executeLifecycleState(transaction);
}

public void executeLifecycleState(ClientTransaction transaction) {
    final ActivityLifecycleItem lifecycleItem = transaction.getLifecycleStateRequest();
    if (lifecycleItem != null) {
        // 呼叫ActivityLifecycleItem的execute方法
        lifecycleItem.execute(transaction.getClientTransactionHandler(), token, pendingActions);
    }
}
  • ActivityResultItem是一個抽象類
  • 這裡實際呼叫的是ActivityResultItem的execute方法

5.7.2.2 ActivityResultItem.java

Android14的ActivityResultItem原始碼地址

public void execute(ClientTransactionHandler client, IBinder token,
                    PendingTransactionActions pendingActions) {
    client.handleResumeActivity(token, true /* isForward */, "RESUME_ACTIVITY");
}
  • 這裡實際呼叫的是ActivityThread的handleResumeActivity方法

5.7.2.3 ActivityThread的handleResumeActivity方法

Android14的ActivityThread原始碼地址

public void handleResumeActivity(IBinder token, boolean finalStateRequest, String reason) {
    // 先呼叫ActivityThread的performStart方法
    performRestartActivity(r);
    // 再呼叫Activity的performResume
    r.activity.performResume();
}

public void performRestartActivity(ActivityClientRecord r) {
    // 呼叫Activity的performStart
    r.activity.performStart();
}

5.7.2.4 Activity的performStart方法

Android14的Activity原始碼地址

final void performStart() {
    // 呼叫Instrumentation的callActivityOnStart方法
    mInstrumentation.callActivityOnStart(this);
}

5.7.2.5 Instrumentation的callActivityOnStart方法

Android14的Instrumentation原始碼地址

public void callActivityOnStart(Activity activity) {
    activity.onStart();
}

5.7.3 onResume方法

在5.7.2.3 ActivityThread的handleResumeActivity方法中提到在onStart方法執行後會呼叫r.activity.performResume();即Activity的performResume方法

5.7.3.1 Activity的performResume方法

Android14的Activity原始碼地址

final void performResume(boolean followedByPause, String reason) {
    mInstrumentation.callActivityOnResume(this);
}

5.7.3.2 Instrumentation的callActivityOnResume方法

Android14的Instrumentation原始碼地址

public void callActivityOnResume(Activity activity) {
    activity.onResume();
}
  • 至此Activity建立完成，並完成了核心生命週期方法的建立
  • 在onResume方法後，Activity進入前臺，準備顯示給使用者

六、 後續工作

在生命週期完成後，應用程式就會被展示在螢幕上，後續的工作主要是渲染，這裡做一個簡單的流程說明

  • Activity例項化時建立一個Window物件，預設情況下是PhoneWindow。在PhoneWindow中，有一個 DecorView，它是整個檢視層次的根檢視。
  • 在Activity的onCreate方法中，Activity會呼叫setContentView方法，將佈局資源載入到DecorView中
  • WindowManager負責管理應用程式視窗，將DecorView新增到視窗中
  • 當DecorView被新增到視窗中後。ViewRootImpl類負責檢視層次結構的測量（measure）、佈局（layout）和繪製（draw）
  • 最終由SurfaceFlinger合成並顯示在螢幕上

以上就是應用程式啟動的全過程，如有錯漏，歡迎留言討論。

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