安卓系統應用啟動流程分析

2021-02-13 內核工匠

隨著移動開發的興起，安卓系統的重要性愈加突顯。本文簡要介紹安卓系統上應用啟動流程，對於應用開發、系統定製以及性能優化人員來說，熟悉應用啟動流程會使得在今後的工作中更加得心應手，做到知其然，知其所以然。本文主要面向開發人員，假定讀者已有一定的安卓基礎。

本文以安卓P版本為基礎，不同安卓版本上應用啟動流程略有差異，但核心邏輯仍然一致。



冷啟動

這種方式應用需要完成完整的啟動過程，即創建進程、初始化資源及顯示應用界面，相比於另外兩種啟動模式，應用冷啟動耗時最長。

這種方式下應用進程已經啟動，通常只需將要顯示的activity帶到前臺即可，所以在該模式下應用可以較快速啟動。

這種方式需要完成部分冷啟動過程，比如進程已經創建，但要重新執行activity的onCreate()來創建要顯示的activity，這種模式下的啟動時間介於以上兩種之間。

本文主要介紹冷啟動的執行流程。

該進程是安卓上所有應用進程的父進程，在開機過程中由系統啟動並保持運行狀態。由於現在的安卓平臺大部分同時支持32位和64位應用，zygote也分為32位和64位兩個版本，其原理相同，在本文中不做區分。

安卓上的系統服務進程，絕大部分主要系統服務都駐留在該進程內，包括下文中介紹的AMS、WMS、PMS等。system_server由zygote在啟動進程中分裂而來(即也是zygote的子進程)，然後持續運行。

Activity Manager Service，是安卓上的一個核心服務，負責管理應用各個組件，所有應用在其生命周期內均需和AMS打交道。該服務駐留在system_server進程內。 

Window Manager Service，是安卓上的窗口管理服務，負責處理應用的界面顯示相關的請求。該服務駐留在system_server進程內。

Package Manager Service，是安卓上的包管理服務，負責處理應用的安裝、缷載等。該服務駐留在system_server進程內。

1. 在AMS端分配應用資源；

2. 顯示應用的空白啟動窗口；

3. 創建應用進程；

1. 創建應用對象；

2. 啟動主線程；

3. 創建主activity並完成繪製及顯示;

應用進程完成第一幀繪製後，系統會將空白窗口替換為應用的畫面，此時，用戶可以開始使用應用。

接下來，我們以一個典型場景，即從桌面點擊應用圖標啟動應用這一過程，來介紹應用啟動流程。其它應用啟動場景，比如從命令行啟動，或者從A應用啟動B應用，與本場景大同小異，本文中不再另做說明。

先看下簡要的流程圖：

如上圖所示，當用戶點擊桌面上應用圖標後，Launcher進程會將應用信息發送給AMS，由於這時應用進程還沒有啟動，所以需要先創建應用進程，AMS收到請求後會發送命令給zygote進程要求創建目標應用進程，當目標進程啟動後，會將自身的遠程handle註冊給AMS，這樣AMS就可以控制應用進程去執行接下來的一系列啟動操作。

接下來，我們對這一過程做下詳細說明。

1. 用戶點擊應用圖標後，launcher進程向system_server進程發消息請求啟動應用進程，即launcher通過startActivity()向AMS發送請求啟動對應的activity，核心代碼如下：

frameworks/base/core/java/android/app/Activity.java

其中，參數intent包含了要啟動的目標應用的信息。

以上代碼最終會調用AMS內部的startActivity()，由於Launcher和AMS分屬不同進程，這一過程通過binder通信。

2. system_server進程收到請求後，通過其內部邏輯，即AMS收到startActivity()調用後，會進行必要的權限檢查，創建activity的內部表示即ActivityRecord對象，並顯示一個空白的窗口。

核心代碼如下：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityRecord.java

由於應用冷啟動時進程不存在，AMS會通過zygote創建應用進程。

核心代碼如下：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java

在非冷啟動的情況，即如果應用進程已經啟動完成，則可以直接進入啟動activity的邏輯，代碼如下：

在冷啟動的startProcessLocked()調用過程中，有一個參數需要特別注意，即 」entryPoint」，這個參數表示zygote分裂出的應用進程的入口，其定義為：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

也就是說，ActivityThread是應用程式的入口。

3. 當應用進程啟動後，會進入ActivityThread的main()方法執行應用端邏輯；

核心代碼如下：

frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

創建ActivityThread對象時，會同時創建應用進程的表示對象，即該應用的handle，代碼如下：

frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

同時要特別注意應用進程的「attach」操作，這一操作會將應用進程自身的遠程handle即mAppThread註冊給AMS，這樣AMS就可以和應用通信，通知應用執行後續的操作，啟動相應的activity；

核心代碼如下：

frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

4. 現在應用進程已經啟動，並且已與AMS建立關聯，AMS會繼續執行啟動應用的第一個activity的邏輯；

核心代碼如下：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java

其中，realStartActivityLocked()會通知應用啟動相應activity，邏輯如下：

5. 應用進程收到 」launch」及」resume」 命令後，就會創建相應的activity對象以及關聯的窗口對象等資源，並調用activity的生命周期回調函數完成activity的顯示；到此，應用進程的第一個activity就創建完成了;

核心代碼如下：

frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

初始化圖形資源及與WMS的連接：

接下來會繼續activity的其它生命周期回調函數並將activity顯示出來，至此，一個應用的首個activity即完成了啟動。

本文簡要說明了安卓平臺上應用啟動的流程，通過本篇介紹，希望讀者能理清應用啟動的大致脈絡，對應用啟動過程有一個基本的理解。

參考資料

[1]http://androidxref.com/

[2]https://developer.android.com/topic/performance/vitals/launch-time

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