Android程序啟動與Activity顯示
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作者：Jensen95
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宣告：本文是 Jensen95 原創，轉發等請聯絡原作者授權。
前言
這段時間，leader安排的任務進行Android外掛化，熱修復相關的調研，對於外掛化和熱修復涉及到的核心技術點，在於對於類裝載，資源裝載的認識還有對於啟動流程的熟悉，帶著該任務，於是有了接下來，一系列的文章，從程序啟動，Activity顯示，Dex裝載，資源裝載，最後主流幾個外掛化，熱修復原始碼實現的分析。本篇先從程序的啟動，到一個Activity的顯示流程出發分析。
啟動一個程序
在Anroid中，程序是一個執行元件的容器，系統執行一個元件的時候，啟動包含它的程序，當元件不再使用，程序會被關閉。AMS負責對應應用程序的啟動。
開啟一個新的程序，在AMS中首先呼叫addAppLocked
final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info, boolean isolated,
String abiOverride) {
ProcessRecord app;
if (!isolated) {
//從已經開啟記錄下的程序中查詢程序記錄
app = getProcessRecordLocked(info.processName, info.uid, true
} else {
app = null;
}
//app為空的時候，建立一個新的程序，同時更新內部程序管理結構
if (app == null) {
app = newProcessRecordLocked(info, null, isolated, 0);
updateLruProcessLocked(app, false, null);
updateOomAdjLocked();
}
.....
if ((info.flags & PERSISTENT_MASK) == PERSISTENT_MASK) {
app.persistent = true
app.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ;
}
if (app.thread == null && mPersistentStartingProcesses.indexOf(app) < 0) {
mPersistentStartingProcesses.add(app);
//呼叫程序的啟動方法，啟動一個新的程序
startProcessLocked(app, "added application", app.processName, abiOverride,
null /* entryPoint */, null /* entryPointArgs */);
}
return app;
}
首先會從已經啟動的程序中查詢相應的程序資訊，ProcessRecord，如果不存在則會建立一個出來，然後呼叫startProcessLocked方法，來開啟一個新的程序。
private final void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType,
String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs) {
//啟動應用
....
Process.ProcessStartResult startResult = Process.start(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, debugFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, app.info.seinfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, entryPointArgs);
....
//傳送定時訊息，如果App的啟動超時，則會ANR
synchronized (mPidsSelfLocked) {
this.mPidsSelfLocked.put(startResult.pid, app);
if (isActivityProcess) {
Message msg = mHandler.obtainMessage(PROC_START_TIMEOUT_MSG);
msg.obj = app;
mHandler.sendMessageDelayed(msg, startResult.usingWrapper
? PROC_START_TIMEOUT_WITH_WRAPPER : PROC_START_TIMEOUT);
}
}
....
}
程序的開啟呼叫的是Process的start方法。
public static final ProcessStartResult start(final String processClass,
final String niceName,
int uid, int gid, int[] gids,
int debugFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
String seInfo,
String abi,
String instructionSet,
String appDataDir,
String[] zygoteArgs) {
try {
return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,
debugFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,
abi, instructionSet, appDataDir, zygoteArgs);
} catch (ZygoteStartFailedEx ex) {
}
}
start方法中，通過呼叫startViaZygote，通過zygote程序來開啟一個新的程序。
private static ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass, ...){
//配置通過Zygote啟動的引數，最終通過socket寫入到Zygote程序，來開啟一個新的程序
}
方法的具體執行是通過socket將程序的啟動資訊，寫入到zygote中，然後通過其啟動一個新的程序，同時對於該程序，也指定了一個類作為執行的入口類，這個類就是ActivityThread。
entryPoint = "android.app.ActivityThread";
在start方法中的entryPoint，這個就是程序啟動後要執行的Java類，程序啟動後，所有操作就轉交到ActivityThread的執行，因此，這個類也是整個應用執行的核心。這個類首先被執行的是其main函式。
image.pngpublic static void main(String[] args) {
...
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false);
Looper.loop();
....
}
ActivityThread的attach方法。
private void attach(boolean system) {
......
final IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();
try {
//呼叫AMS的attachApplication方法，傳遞ApplicationThread進去
mgr.attachApplication(mAppThread);
} catch (RemoteException ex) {
throw ex.rethrowFromSystemServer();
}
.....
}
Ams的attachApplication方法會呼叫到Ams的attachApplicationLocked方法，
thread.bindApplication(processName, appInfo, providers, app.instrumentationClass,...)
這個方法的主要功能是創建出應用程式中的各種物件，是比較核心的方法。
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
// 註冊當前UI執行緒到Runtime作為一個敏感執行緒
VMRuntime.registerSensitiveThread();
// 設定程序的啟動時間
Process.setStartTimes(SystemClock.elapsedRealtime(), SystemClock.uptimeMillis());
// 建立程序的配置物件
mBoundApplication = data;
mConfiguration = new Configuration(data.config);
mCompatConfiguration = new Configuration(data.config);
//當版本低於Honeycomb MR1，將AsyncTask的實現通過使用執行緒池
if (data.appInfo.targetSdkVersion <= android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) {
AsyncTask.setDefaultExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR);
}
//設定應用的時區和應用的地區
TimeZone.setDefault(null);
LocaleList.setDefault(data.config.getLocales());
synchronized (mResourcesManager) {
mResourcesManager.applyConfigurationToResourcesLocked(data.config, data.compatInfo);
mCurDefaultDisplayDpi = data.config.densityDpi;
applyCompatConfiguration(mCurDefaultDisplayDpi);
}
// 建立Instrumentation
final InstrumentationInfo ii;
if (data.instrumentationName != null) {
try {
ii = new ApplicationPackageManager(null, getPackageManager())
.getInstrumentationInfo(data.instrumentationName, 0);
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to find instrumentation info for: " + data.instrumentationName);
}
mInstrumentationPackageName = ii.packageName;
mInstrumentationAppDir = ii.sourceDir;
mInstrumentationSplitAppDirs = ii.splitSourceDirs;
mInstrumentationLibDir = getInstrumentationLibrary(data.appInfo, ii);
mInstrumentedAppDir = data.info.getAppDir();
mInstrumentedSplitAppDirs = data.info.getSplitAppDirs();
mInstrumentedLibDir = data.info.getLibDir();
} else {
ii = null;
}
final ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(this, data.info);
updateLocaleListFromAppContext(appContext,
mResourcesManager.getConfiguration().getLocales());
// Continue loading instrumentation.
if (ii != null) {
final ApplicationInfo instrApp = new ApplicationInfo();
ii.copyTo(instrApp);
instrApp.initForUser(UserHandle.myUserId());
final LoadedApk pi = getPackageInfo(instrApp, data.compatInfo,
appContext.getClassLoader(), false, true, false);
final ContextImpl instrContext = ContextImpl.createAppContext(this, pi);
//
try {
final ClassLoader cl = instrContext.getClassLoader();
mInstrumentation = (Instrumentation)
cl.loadClass(data.instrumentationName.getClassName()).newInstance();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to instantiate instrumentation "
+ data.instrumentationName + ": " + e.toString(), e);
}
final ComponentName component = new ComponentName(ii.packageName, ii.name);
mInstrumentation.init(this, instrContext, appContext, component,
data.instrumentationWatcher, data.instrumentationUiAutomationConnection);
if (mProfiler.profileFile != null && !ii.handleProfiling
&& mProfiler.profileFd == null) {
mProfiler.handlingProfiling = true;
final File file = new File(mProfiler.profileFile);
file.getParentFile().mkdirs();
Debug.startMethodTracing(file.toString(), 8 * 1024 * 1024);
}
} else {
mInstrumentation = new Instrumentation();
}
//Application中指定了big heap，清除限制
if ((data.appInfo.flags&ApplicationInfo.FLAG_LARGE_HEAP) != 0) {
dalvik.system.VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();
} else {
dalvik.system.VMRuntime.getRuntime().clampGrowthLimit();
}
final StrictMode.ThreadPolicy savedPolicy = StrictMode.allowThreadDiskWrites();
try {
//生成Application物件
Application app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);
mInitialApplication = app;
.....
try {
//呼叫Instrumentation的onCreate方法
mInstrumentation.onCreate(data.instrumentationArgs);
}
catch (Exception e) {
}
try {
//呼叫Application的onCreate方法
mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);
} catch (Exception e) {
}
} finally {
StrictMode.setThreadPolicy(savedPolicy);
}
}
至此一個應用程序被開啟，同時其Instrumentation和Application的onCreate方法也被呼叫了，接下來就是Activity的執行。
ActivityThread mian函式執行Activity啟動到顯示
從上面的程序啟動可以得知每一個程序對應一個Application，對應一個ActivityThread，也對應這一個Instrumentation。對於Activity的啟動會呼叫到其handleLaunchActivity方法。
handleLaunchActivity
private void handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent, String reason) {
....
WindowManagerGlobal.initialize();
Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);
if (a != null) {
handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward,
!r.activity.mFinished && !r.startsNotResumed, r.lastProcessedSeq, reason);
...
} else {
ActivityManagerNative.getDefault()
.finishActivity(r.token, Activity.RESULT_CANCELED, null,
Activity.DONT_FINISH_TASK_WITH_ACTIVITY);
}
}
該方法首先對WindowManagerGlobal做了初始化操作，然後呼叫了performLaunchActivity方法，返回一個Activity物件後，返回物件偽非空，則呼叫handleResumeActivity。如果為空呼叫ActivityManager的finishActivity方法。對於啟動，這裡performLaunchActivity和handleResumeActivity兩個方法是核心。接下來將針對這兩個方法來進行分析。
private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {
//獲取該Activity的包資訊，這裡為LoadedApk型別
ActivityInfo aInfo = r.activityInfo;
if (r.packageInfo == null) {
r.packageInfo = getPackageInfo(aInfo.applicationInfo, r.compatInfo,
Context.CONTEXT_INCLUDE_CODE);
}
...
//建立Activity例項
java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();
activity = mInstrumentation.newActivity(
cl, component.getClassName(), r.intent);
//獲取Application例項
Application app = r.packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);
//建立視窗例項，並呼叫activity的attch方法，attach該視窗
Window window = null;
if (r.mPendingRemoveWindow != null && r.mPreserveWindow) {
window = r.mPendingRemoveWindow;
r.mPendingRemoveWindow = null;
r.mPendingRemoveWindowManager = null;
}
activity.attach(appContext, this, getInstrumentation(), r.token,r.ident, app, r.intent, r.activityInfo, title, r.parent,r.embeddedID, r.lastNonConfigurationInstances, config,
r.referrer, r.voiceInteractor, window);
....
//為Activity設定主題
int theme = r.activityInfo.getThemeResource();
if (theme != 0) {
activity.setTheme(theme);
}
....
//呼叫該Activity的onCreate方法
mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state, r.persistentState);
....
mActivities.put(r.token, r);
...
}
首先根據Activity的資訊來獲取相關的包資訊，這裡呼叫了getPackInfo來獲得相關的包資訊。得到一個LoadedApk型別來表示當前的Activity的包資訊。
public final LoadedApk getPackageInfo(String packageName, CompatibilityInfo compatInfo,
int flags) {
return getPackageInfo(packageName, compatInfo, flags, UserHandle.myUserId());
}
其中包含了Activity相關的資訊Application資訊，資源目錄等等。在獲得了LoadedApk例項之後，呼叫其makApplication方法，我們會疑問，在啟動一個Activity的時候，難道每次都要建立一個Application物件嗎？跟進原始碼。
public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,
Instrumentation instrumentation) {
if (mApplication != null) {
return mApplication;
}
....
//建立Application例項
java.lang.ClassLoader cl = getClassLoader();
if (!mPackageName.equals("android")) {
initializeJavaContextClassLoader();
}
ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread, this);
app = mActivityThread.mInstrumentation.newApplication(
cl, appClass, appContext);
appContext.setOuterContext(app);
mActivityThread.mAllApplications.add(app);
mApplication = app;
//呼叫Application的onCreate方法
instrumentation.callApplicationOnCreate(app);
}
通過makeApplication的方法實現，我們可以看到其首先判斷Application物件是否建立，如果沒有建立，則初始化類裝載器，然後建立Application物件，建立完成，則呼叫Application物件的onCreate方法。這裡也就是我們所熟知的在我們自定義Application的時候重寫的onCreate方法將會被呼叫。
繼續回到上面程式碼的分析，這裡的Activity通過類裝載器被裝載出來，然後例項化出一個物件，然後呼叫了其attach方法，進行了一系列資訊的配置。然後呼叫了mInstrumentation，呼叫了callActivityOnCreate。同時也會將我們的Activity新增到mActivitys中，這裡其定義如下。
final ArrayMap<IBinder, ActivityClientRecord> mActivities = new ArrayMap<>();
通過這段程式碼可以看到，呼叫了acticity的attach方法，跟進attach方法。
final void attach(Context context, ....,Window window) {
mWindow = new PhoneWindow(this, window);
mWindow.setWindowControllerCallback(this);
mWindow.setCallback(this);
mWindow.setOnWindowDismissedCallback(this);
.....
mWindow.setWindowManager( (WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE),
.....);
.....
mWindowManager = mWindow.getWindowManager();
}
至此，我們Activity中的Window已經被創建出來了。Window實際型別為PhoneWindow。同時為該Window設定了WindowManager。至此，我們雖然不瞭解Window是個什麼東西，但是至少，我們可以知道的一點就是每一個Activity的建立是會有持有一個Window物件的。然後Instrumentation的callActivityOnCreate方法被呼叫。
callActivityOnCreate
public void callActivityOnCreate(Activity activity, Bundle icicle) {
prePerformCreate(activity);
activity.performCreate(icicle);
postPerformCreate(activity);
}
這裡對於Activity的具體啟動細節，我們不做關心，具體細節，接下來的原始碼分析會做介紹，這裡先看一下Activity的performCreate方法。
final void performCreate(Bundle icicle) {
restoreHasCurrentPermissionRequest(icicle);
onCreate(icicle);
mActivityTransitionState.readState(icicle);
performCreateCommon();
}
這個時候呼叫了Activity的performCreate函式，呼叫了Activity的onCreate，我們一般會在onCreate中呼叫setContentView，進行我們佈局檔案的設定。這也是比較奇怪的一點，為什麼，我們呼叫了該方法，傳遞一個xml佈局檔案，我們的View就顯示出來了呢？這便是這次程式碼分析的核心，所有圍繞的相關知識點也會在此被引出。接下來，讓我們剝繭抽絲，逐層遞進。
public void setContentView(@LayoutRes int layoutResID) {
getWindow().setContentView(layoutResID);
initWindowDecorActionBar();
}
此處的Window即為在attach中得到的PhoneWindow的例項。
public void setContentView(int layoutResID) {
if (mContentParent == null) {
installDecor();
} else if (!hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
mContentParent.removeAllViews();
}
if (hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
final Scene newScene = Scene.getSceneForLayout(mContentParent, layoutResID,
getContext());
transitionTo(newScene);
} else {
mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
}
...
}
首先判斷mContentParent是否為空，mContentParent是用來放置contentView的，如果不為空則要清理掉所有的view，如果為null，呼叫installDecor()，其中，我們可以看到有呼叫對於transitions這個feature的判斷，這個是在Android系統5.0之後新增的一個功能，可以用來實現Activity的過渡，同時還是實現Activity之間的元素共享，使得Activity間切換更加的絲滑流暢。這裡對於該場景不做分析，我們跳過看其具體的View裝載，然後呼叫了
mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
private void installDecor() {
mDecor = generateDecor(-1);
....
mContentParent = generateLayout(mDecor);
...
//過渡動畫，標題，logo，UI選項的顯示處理
}
在installDecor中，首先呼叫了generateDecor方法，然後根據建立的DecorView，來生成ContentView。
protected DecorView generateDecor(int featureId) {
Context context;
if (mUseDecorContext) {
Context applicationContext = getContext().getApplicationContext();
if (applicationContext == null) {
context = getContext();
} else {
context = new DecorContext(applicationContext, getContext().getResources());
if (mTheme != -1) {
context.setTheme(mTheme);
}
}
} else {
context = getContext();
}
return new DecorView(context, featureId, this, getAttributes());
}
根據是否使用DecorContext來建立相應的context，然後利用該Context來建立DecorView。那麼這個DecorView到底是個什麼呢？
public class DecorView extends FrameLayout
DecorView其實就是一個FrameLayout。這個FrameLayout則是我們所看到的Activity試圖的根View，在建立了一個DecorView之後，又根據這個DecorView例項來建立了ContentView。
這裡建立的DecorView其實是一個FrameLayout,
由上面函式可以看出，mContentParent是和mDecor有關的，下面來看一下ContentParent的建立過程。
protected ViewGroup generateLayout(DecorView decor) {
...
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