Android APP应用启动过程分析

Posted 2022-12-01 QIANDXX

一、前言

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当我们点击手机桌面上的应用图标，到手机桌面显示出应用主Activity界面而完成应用启动，看似很简单的过程其实包含了复杂的底层交互。整个启动过程，涉及了android系统的很多核心知识点。

二、启动过程简介

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首先，手机桌面就是一个APP应用，名称叫Launcher，是手机厂商提供的，不同的手机厂商开发出了一套自己UI风格的展示桌面。我们点击Launcher桌面的APP应用图标，可以打开其他的APP应用。

APP应用的启动过程，分为冷启动和热启动两种。

• 冷启动：APP应用进程未启动，系统会fork出一个子进程来加载APP应用的Application并启动Activity，这种启动方式就是冷启动。

• 热启动：APP应用进程已启动，已在后台运行。系统的所有工作就是将APP应用的 Activity 带到前台展示。

冷启动是应用完全从0开始启动，涉及到更多的内容，所以我们就从APP应用的冷启动过程展开讨论。

三、启动过程分析

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一般来说，冷启动包括以下几个步骤：

• 启动APP进程：当我们点击Launcher桌面程序的APP图标时，Launcher程序会调用startActivity()函数，通过Binder跨进程通信，发送消息给system_server进程。在system_server进程中，由AMS通过socket通信告知Zygote进程fork出一个子进程(APP进程)。

• 开启APP主线程：APP进程启动后，会实例化一个ActivityThread，并执行其main函数，同时会创建ApplicationThread、Looper、Handler对象，开启主线程消息循环Looper.loop()。

• 创建并初始化Application和Activity：ActivityThread的main函数通过调用attach方法进行 Binder 通信，通知system_server进程执行AMS的attachApplication方法。在attachApplication方法中，AMS分别通过bindApplication、scheduleLaunchActivity方法，通知APP进程的主线程Handler，对APP进程的Application和Activity进行初始化，并执行Application、Activity的生命周期。

• UI布局和绘制：主线程Handler初始化Activity时，会执行创建PhoneWindow、初始化DecorView的操作，并且添加布局到DecorView的ContentView中。ContentView，对应着Activity的setContentView中设置的layout.xml布局文件所在的最外层父布局。Android视图层次结构如下图：

至此，应用启动流程完成，这里对源码细节不做过多分析。

下面对启动过程中，涉及到的一些关键角色做一下介绍。

3.1 Zygote进程

Android系统启动过程中，会先启动linux内核，然后加载init.rc文件，启动init进程。然后，init进程通过解析init.rc文件fork生成Zygote进程，该进程也是Android系统的首个Java进程。之后Zygote进程负责孵化System Server进程和APP进程。

3.2 SystemServer进程

• 由Zygote进程fork生成，SystemServer是Zygote孵化的第一个进程。
• 负责启动、管理整个Java Framework，系统里面重要的服务都是在这个进程里面开启的，比如ActivityManagerService、PackageManagerService、WindowManagerService。

3.3 APP进程

• Zygote进程在App层中孵化出的第一个进程是Launcher进程，即手机的桌面APP。
• Zygote还会孵化出Browser、Email、Phone等APP进程，每个APP至少运行在一个进程上。
• 所有APP进程都由Zygote进程fork生成。

3.4 Android系统里的Client/Server模式

平时我们所熟知的前端（Web\\Android\\ios）通过网络与服务器通信是客户端-服务端模式的体现，而在Android Framework中，四大组件的创建、生命周期也是通过这样的模式进行通信：

• 服务器端(server)指的就是SystemServer进程，这个进程提供了很多服务，比如AMS、PMS、WMS等等，所有的APP进程都可以与其通信。
• 客户端(client)指的就是各个独立的APP进程。

Android开发中，我们可以通过Package包名和Activity类名，来打开一个APP。实际上，项目里的业务代码startActivity()方法并不是直接创建进程、拉起APP的。而是通过一系列的调用，把请求传递给SystemServer的AMS。AMS收到来自客户端的请求后，再通知zygote进程来fork一个新进程，来开启我们的目标APP。APP中所有Activity的生命周期过程，都由AMS（SystemServer进程）统一调度，并在APP自身进程中具体完成。

这个过程涉及到3个进程：APP进程、SystemServer进程、Zygote进程。

• APP进程与SystemServer进程通过Binder机制，进行跨进程通信。
• SystemServer进程与Zygote进程通过Socket，进行跨进程通信。

3.5 Android Binder机制

在Android系统中，一个进程的空间，分为用户空间和内核空间两部分。进程内的用户空间和内核空间可以进行数据交互。进程间的用户空间是隔离开来的，只有内核空间能进行数据交互。

APP进程与SystemServer进程的交互，就是通过Binder机制进行跨进程通信(IPC)，实现进程间的内核数据交互过程。Android专门设计了2个Binder接口，用作交互使用。

• IApplicationThread: 作为系统进程请求应用进程的接口。
• IActivityManager: 作为应用进程请求系统进程的接口。

App进程与SystemServer进程的Binder接口如下图：

四、总结

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• 在Android中，所有应用都是一个独立的进程。
• 每个应用进程都是由Zygote进程fork出来的。
• 应用启动是一个跨进程的复杂工作，应用启动流程主要是围绕着SystemServer的ActivityManagerService和应用进程的ActivityThread展开的。

APP应用的启动流程内容比较多，可以通过Launcher响应屏幕点击、APP进程的创建、Application初始化、UI布局和绘制这四部分来理解。