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一、前言
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一個App是怎麼啟動起來的？
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App的程式入口到底是哪裡？
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Activity生命週期到底是什麼時候呼叫的？被誰呼叫的？
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聽說還有個AMS的東西，它是做什麼的？它是怎樣管理和啟動Activity的？
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ActivityThread、ApplicationThread、ActivityRecord、ActivityStack、TaskRecord都是些什麼鬼？它們之間又有什麼樣的聯絡？
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我們專案中遇到的關於Activity啟動流程的例子？
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等等...
你是不是還有很多類似的疑問一直沒有解決？沒關係，今天我們將結合原始碼和一些優秀文章，站在巨人的肩膀上，用更加通俗易懂的方式來試著解開謎底。畢竟程式碼繁多、經驗有限，如果有紕漏的地方希望大家指正，相互學習。
Android應用程式的載體是APK檔案，它是一個元件和資源的容器。APK檔案和我們常見可執行檔案的區別是：每個可執行檔案在一個單獨的程序中，但是APK檔案可能執行在一個單獨的程序也可能和其他APK檔案執行在同一個程序中。Android的設計理念是弱化程序的存在，取而代之以元件的概念。
本篇知識框架：
二、Activity的生命週期
Activity是最複雜的一種元件，它負責UI的顯示以及處理各種輸入事件。Activity通常表現為一個視覺化的使用者介面，包含了各種各樣的控制元件，讓使用者來完成某項工作，例如打電話、發簡訊、拍照等。
我們來看一下這一張經典的生命週期流程圖：
Android SDK中提供的Activity生命週期圖，隱含了Activity執行時的3種狀態：
-
啟用態 ：新啟動的Activity位於螢幕的最前端，接收使用者的輸入。>>onResume()
-
暫停態 ：當Activity被另一個透明或半透明的Activity覆蓋時所處的狀態，例如：Dialog。此時的Activity雖然已經不能接收使用者的輸入，但還是可見的。>>onPause()
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停止態 ：當一個Activity完全被另外一個Activity覆蓋，不能接收使用者輸入也不可見。>>onStop()
Question：Activity生命週期到底是什麼時候呼叫的？被誰呼叫的？
三、應用程序的組成
Android建立在Linux系統之上，基礎的執行環境還是由程序組成。所有Android的應用程序都是由Zygote程序fork出來，因此，構成程序的底層基礎，包括虛擬機器、動態庫等都是相同的。除了從Zygote中繼承而來的基礎設施外，Android需要在應用的Java層建立一套框架來管理執行的元件。由於應用的配置各不相同，因此，不能在Zygote中完全建好後再繼承，只能在應用啟動時建立。而這套框架就構成了Android應用的基礎。
1、ActivityThread
Android應用程序的核心是ActivityThread 類，App的真正入口。每啟動一個App程序，都會建立ActivityThread與之對應的例項，會呼叫main()開始執行，開啟訊息迴圈佇列，這就是傳說中的UI執行緒或者叫主執行緒。這個類包含了應用框架中其他重要的類。
public final class ActivityThread {
...
final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();
final Looper mLooper = Looper.myLooper();
final H mH = new H();
Application mInitialApplication;
Instrumentation mInstrumentation;
private final ResourcesManager mResourcesManager;
final ArrayMap<IBinder, ActivityClientRecord> mActivities = new ArrayMap<>();
final ArrayMap<IBinder, Service> mServices = new ArrayMap<>();
final ArrayMap<String, WeakReference<LoadedApk>> mPackages
= new ArrayMap<String, WeakReference<LoadedApk>>();
final ArrayMap<String, WeakReference<LoadedApk>> mResourcePackages
= new ArrayMap<String, WeakReference<LoadedApk>>();
final ArrayMap<ProviderKey, ProviderClientRecord> mProviderMap
= new ArrayMap<ProviderKey, ProviderClientRecord>();
...
public static void main(String[] args) {
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(); // 初始化應用中需要使用的系統路徑
// Set the reporter for event logging in libcore
EventLogger.setReporter(new EventLoggingReporter());
Process.setArgV0("<pre-initialized>"); // 設定程序名稱
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread(); // 建立ActivityThread例項
thread.attach(false); // 呼叫attach
if (sMainThreadHandler == null) { // 儲存主執行緒的handler
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
AsyncTask.init(); // 初始化AsynTask類
Looper.loop(); // 進入訊息迴圈
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
...
/**
* 呼叫mH傳送訊息排隊處理事件
*/
private void sendMessage(int what, Object obj, int arg1, int arg2, boolean async) {
Message msg = Message.obtain();
msg.what = what;
msg.obj = obj;
msg.arg1 = arg1;
msg.arg2 = arg2;
if (async) {
msg.setAsynchronous(true);
}
mH.sendMessage(msg);
}
...
}我們梳理一下這個ActivityThread類：
-
mActivities、mServices和mProviderMap分別儲存了應用中所有的Activity物件、Service物件和ContentProvider物件。BroadcastReceiver物件的生命週期很短暫，屬於呼叫一次執行一次的型別，因此不需要儲存其物件。
-
mInitialApplication變數是一個唯一的Application物件，允許自定義。
-
mResourceManager管理應用的資源。
-
mPackages和mResourcesPackages儲存的是應用apk包的資訊。（比如，透過屬性process設定相同的應用名稱後，兩個有著相同ShareUserId和簽名的應用可以合併在同一個程序執行）
ActivityThread 管理應用程序的主執行緒的執行(相當於普通Java程式的main入口函式)，並根據AMS的要求（透過IApplicationThread介面，AMS為Client、ActivityThread.ApplicationThread為Server）負責排程和執行四大元件activities、services、broadcasts、providers，以及其它操作。
2、main()方法
main()法的邏輯比較簡單，主要是初始化環境，然後讓執行緒進入訊息迴圈。在進行訊息迴圈前，main方法建立了ActivityThread物件，並使用引數false呼叫了他的attach()方法。
3、attach()方法
我們看看attach()方法中引數為false時的分支程式碼：
private void attach(boolean system) {
sCurrentActivityThread = this;
mSystemThread = system;
if (!system) {
......
android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("<pre-initialized>",
UserHandle.myUserId());
RuntimeInit.setApplicationObject(mAppThread.asBinder());
// 客戶端呼叫ActivityManagerNative.getDefault()返回的是ActivityManagerProxy
// 也就是從ServiceManger獲取AMS的IBinder物件
final IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();
try {
logAppLaunchTime(TAG, "attachApplication -> AMS"); /// M: It's for debugging App Launch time
mgr.attachApplication(mAppThread); // 呼叫AMS的attachApplication方法
} catch (RemoteException ex) {
// Ignore
}
......
} else {
......
}
}
}
attach()方法中主要做了兩件事情，一是呼叫setApplicationObject()方法把物件mAppThread放到了RuntimeInit類中的靜態變數mApplicationObject中。
public class RuntimeInit {
......
public static final void setApplicationObject(Ibinder app) {
mApplicationObject = app;
}
......
}第二件事情是呼叫ActivityManagerService的attachApplication方法，同時將mAppThread作為引數傳遞給了AMS中，這樣AMS就能透過它來呼叫應用的介面了（Binder通訊）。attachApplication方法最終實現是attachApplicationLocked。
public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative
implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {
......
private final boolean attachApplicationLocked(IApplicationThread thread, int pid) {
......
try {
......
// 呼叫應用的bindApplication介面
thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, app.instrumentationClass,
profilerInfo, app.instrumentationArguments, app.instrumentationWatcher,
app.instrumentationUiAutomationConnection, testMode, enableOpenGlTrace,
isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.persistent,
new Configuration(mConfiguration), app.compat,
getCommonServicesLocked(app.isolated),
mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked());
......
} catch (Exception e) {
......
return false;
}
......
// See if the top visible activity is waiting to run in this process...
if (normalMode) {
try {
// 呼叫mStackSupervisor.attachApplicationLocked介面
// 如果程序沒有啟動，最後就是呼叫realStartActivityLocked()啟動程序
if (mStackSupervisor.attachApplicationLocked(app)) {
didSomething = true;
}
} catch (Exception e) {
badApp = true;
}
}
// Find any services that should be running in this process...
if (!badApp) {
try {
didSomething |= mServices.attachApplicationLocked(app, processName);
} catch (Exception e) {
Slog.e(TAG, "Exception thrown starting services in " + app, e);
badApp = true;
}
}
// Check if a next-broadcast receiver is in this process...
if (!badApp && isPendingBroadcastProcessLocked(pid)) {
try {
didSomething |= sendPendingBroadcastsLocked(app);
} catch (Exception e) {
// If the app died trying to launch the receiver we declare it 'bad'
Slog.wtf(TAG, "Exception thrown dispatching broadcasts in " + app, e);
badApp = true;
}
}
......
}
......
}attachApplicationLocked()方法首先檢查呼叫的引數，然後又回撥ApplicationThread的介面bindApplication()，bindApplication()傳送完訊息BIND_APPLICATION然後就返回了，這樣執行過程就轉到應用的訊息處理程式碼中。除了開啟Activity能啟動程序外，啟動Service、傳送廣播也可能需要啟動程序，因此，這裡也呼叫了mServices.attachApplication()方法，以及sendPendingBroadcastsLocked來啟動程序。
下面再回頭看看ActivityThread是如何處理BIND_APPLICATION訊息的。
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
mBoundApplication = data;
// 建立系統配置物件
mConfiguration = new Configuration(data.config);
mCompatConfiguration = new Configuration(data.config);
......
// 設定程序的名稱和DDMS中的程序名
Process.setArgV0(data.processName);
android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName(data.processName,
UserHandle.myUserId());
if (data.persistent) {
// 帶有Persistent標記的程序在低記憶體的裝置上不能使用硬體加速
if (!ActivityManager.isHighEndGfx()) {
/// M: ALPS01978329 for 512m project
final long LOW_MEMORY_SIZE = 256 * 1024 * 1024;
MemInfoReader minfo = new MemInfoReader();
minfo.readMemInfo();
if ((minfo.getTotalSize() <= LOW_MEMORY_SIZE) || (!"com.android.systemui".equals(data.processName))) {
HardwareRenderer.disable(false);
Slog.w(TAG, "Disable HWUI for Process(" + data.processName + "); Total Memory = " + minfo.getTotalSize());
}
}
}
......
// 用系統的配置設定應用的時區
TimeZone.setDefault(null);
// 用系統的配置設定應用的地區
Locale.setDefault(data.config.locale);
// 生成資源管理物件mResourcesManager，並用系統配置初始化
mResourcesManager.applyConfigurationToResourcesLocked(data.config, data.compatInfo);
mCurDefaultDisplayDpi = data.config.densityDpi;
applyCompatConfiguration(mCurDefaultDisplayDpi);
......
// 生成ContentImpl物件
final ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(this, data.info);
if (!Process.isIsolated()) {
// 設定cache目錄
final File cacheDir = appContext.getCacheDir();
if (cacheDir != null) {
// Provide a usable directory for temporary files
System.setProperty("java.io.tmpdir", cacheDir.getAbsolutePath());
} else {
Log.v(TAG, "Unable to initialize \"java.io.tmpdir\" property due to missing cache directory");
}
// Use codeCacheDir to store generated/compiled graphics code
final File codeCacheDir = appContext.getCodeCacheDir();
if (codeCacheDir != null) {
setupGraphicsSupport(data.info, codeCacheDir);
} else {
Log.e(TAG, "Unable to setupGraphicsSupport due to missing code-cache directory");
}
}
......
IBinder b = ServiceManager.getService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
if (b != null) {
// 設定網路代理
IConnectivityManager service = IConnectivityManager.Stub.asInterface(b);
try {
final ProxyInfo proxyInfo = service.getProxyForNetwork(null);
Proxy.setHttpProxySystemProperty(proxyInfo);
} catch (RemoteException e) {}
}
if (data.instrumentationName != null) {
......
} else { // 建立Instrumentation物件
mInstrumentation = new Instrumentation();
}
if ((data.appInfo.flags&ApplicationInfo.FLAG_LARGE_HEAP) != 0) {
// 如果應用指定使用big heap，則清除dalvik中的限制
dalvik.system.VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();
} else {
// Small heap, clamp to the current growth limit and let the heap release
// pages after the growth limit to the non growth limit capacity. b/18387825
dalvik.system.VMRuntime.getRuntime().clampGrowthLimit();
}
final StrictMode.ThreadPolicy savedPolicy = StrictMode.allowThreadDiskWrites();
try {
// 最終，生成Application物件
Application app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);
mInitialApplication = app;
if (!data.restrictedBackupMode) {
List<ProviderInfo> providers = data.providers;
if (providers != null) {
// 初始化應用的ContentProvider
installContentProviders(app, providers);
// For process that contains content providers, we want to
// ensure that the JIT is enabled "at some point".
mH.sendEmptyMessageDelayed(H.ENABLE_JIT, 10*1000);
}
}
try {
// 呼叫mInstrumentation物件的onCreate()方法
mInstrumentation.onCreate(data.instrumentationArgs);
}
catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(
"Exception thrown in onCreate() of "
+ data.instrumentationName + ": " + e.toString(), e);
}
try {
// 呼叫Application物件的onCreate()方法
mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
} catch (Exception e) {
if (!mInstrumentation.onException(app, e)) {
throw new RuntimeException(
"Unable to create application " + app.getClass().getName()
+ ": " + e.toString(), e);
}
}
} finally {
StrictMode.setThreadPolicy(savedPolicy);
}
}handleBindApplication()方法的主要功能就是建立應用框架中的各種物件，這些物件大都已經介紹過了。最終呼叫到應用的Application.onCreate()，整個應用程序也就建立完畢。
4、ApplicationThread的作用
ApplicationThread是ActivityThead的一個內部類，是一個Binder服務類，ActivityManagerService操作應用就是透過ApplicationThread提供的介面完成的。
final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();
private class ApplicationThread extends ApplicationThreadNative {
...
public final void schedulePauseActivity(IBinder token, boolean finished,
boolean userLeaving, int configChanges, boolean dontReport) {
sendMessage(
finished ? H.PAUSE_ACTIVITY_FINISHING : H.PAUSE_ACTIVITY,
token,
(userLeaving ? 1 : 0) | (dontReport ? 2 : 0),
configChanges);
}
public final void scheduleStopActivity(IBinder token, boolean showWindow,
int configChanges) {
sendMessage(
showWindow ? H.STOP_ACTIVITY_SHOW : H.STOP_ACTIVITY_HIDE,
token, 0, configChanges);
}
public final void scheduleSleeping(IBinder token, boolean sleeping) {
sendMessage(H.SLEEPING, token, sleeping ? 1 : 0);
}
public final void scheduleResumeActivity(IBinder token, int processState,
boolean isForward, Bundle resumeArgs) {
updateProcessState(processState, false);
sendMessage(H.RESUME_ACTIVITY, token, isForward ? 1 : 0);
}
public final void scheduleSendResult(IBinder token, List<ResultInfo> results) {
ResultData res = new ResultData();
res.token = token;
res.results = results;
sendMessage(H.SEND_RESULT, res);
}
// we use token to identify this activity without having to send the
// activity itself back to the activity manager. (matters more with ipc)
@Override
public final void scheduleLaunchActivity(Intent intent, IBinder token, int ident,
ActivityInfo info, Configuration curConfig, Configuration overrideConfig,
CompatibilityInfo compatInfo, String referrer, IVoiceInteractor voiceInteractor,
int procState, Bundle state, PersistableBundle persistentState,
List<ResultInfo> pendingResults, List<ReferrerIntent> pendingNewIntents,
boolean notResumed, boolean isForward, ProfilerInfo profilerInfo) {
updateProcessState(procState, false);
ActivityClientRecord r = new ActivityClientRecord();
...
sendMessage(H.LAUNCH_ACTIVITY, r);
}
...
} ApplicationThread類從ApplicationThreadNative類派生，ApplicationThreadNative類中封裝了Binder的實現。ApplicationThread雖然定義了大量的介面，但是介面的實現模式都是把Binder呼叫轉換成**mH 的訊息來排隊處理 **。
5、H（Handler）訊息處理
final H mH = new H();
private class H extends Handler {
...
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case LAUNCH_ACTIVITY: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;
r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
handleLaunchActivity(r, null);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case RELAUNCH_ACTIVITY: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityRestart");
ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord)msg.obj;
handleRelaunchActivity(r);
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case PAUSE_ACTIVITY:
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityPause");
handlePauseActivity((IBinder)msg.obj, false, (msg.arg1&1) != 0, msg.arg2,
(msg.arg1&2) != 0);
maybeSnapshot();
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
break;
...
}
}
...
}
訊息的處理最終會呼叫ActivityThread類的某個方法完成。 透過這種模式，從Binder來的呼叫就轉換成非同步的方式來執行了。理解了這個過程之後，再分析ApplicationThread類的介面是時，我們可以忽略中間的訊息傳遞過程，直接檢視ActivityThread中對應的方法。