Activity启动流程分析

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今天想和大家一起分享一下Activity的启动流程。这起源于我发现了一个好的现象,其实不知道大家发现没有,随着Android的发展,这几年Android开发者的素质也越来越高,我说的素质指的是对问题深度的理解,对Android总体的运行原理的分析,而不仅仅局限在应用开发层面了。还记得最开始接触Android的时候,那时候不管面试还是干嘛的,上来就问你生命周期,生命周期。感觉能说清楚生命周期已经是一件很厉害的事了。我也曾一度觉得开发者只要清楚onCreate什么时候调用就可以了,onCreate就是开发者能接触的最上层的内容了。根本没有考虑过程序应该有个入口,onCreate到底是怎么被调用的,更不用说还想着去看看源码。而现在,好像大家比起关心生命周期,关心起了更深层的问题,也就是一个Android程序是怎么被启动的,然后才是它的生命周期是怎么被调用的。我最先意识到这个现象时,是很开心的,这说明Android开发者越来越高级,也就意味着现在开发者不光使用Android,而且也能为Android社区做一些力所能及的贡献了。

这篇文章的目标是总结网上各种对Activity启动流程的分析。现在网上对Activity启动流程的分析已经多如牛毛了。那么我为什么还觉得有必要再写一次呢。一是自己边分析边写更有利于理解。二是我发现网上的分析习惯性的忽略细节,只着眼于一条大的主线,也不是说这样不好,这样确实比较容易理解,我希望我这篇文章能关注到每个细节点,每个方法的作用。

整个过程准备分为三篇文章来写

  • 程序调用startActivity后发生的操作,也就是这篇文章。
  • 如果被startActivity的程序是需要重新启动的程序,程序在最开始初始化时发生的操作。例如在Launcher中启动一个程序或启动另外的程序。已经完成,可查阅Activity启动流程分析(二)
  • 如果被startActivity的程序是已经启动的程序,发生的操作。例如程序自己调用startActivity启动一个自己程序中的Activity

整个分析过程中,希望读者带着这样一些问题

  • getApplication() ,getApplicationContext(),getBaseContext()分别有什么区别?
  • 单个进程中能存在多个application么?
  • 为什么不能使用service或者application作为创建dialog的context参数?

讲了这么多,我们可以看代码吧,从哪里开始看呢,就从Activity的startActivity方法作为起点吧。也就是这个方法

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Bundle为空的情况,又调用了带Bundle的同名方法,bundle传null,如下

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startActivity方法本质其实是调用startActivityForResult的,requestCode传了-1,这个倒是我之前没想到的,一直以为这两个方法是分开的。所以requestCode为-1的情况应该是被系统默认忽略的(后面的分析过程中也发现requestCode为负都是被忽略的)。startActivityForResult的两个方法跟startActivity一样,最终也是进到了带Bundle的方法。

这里先看下这个方法的注释
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  • requestCode为负数时无效,跟调startActivity一样
  • 这个方法仅仅试用于能够在当前Task(关于Task是什么,后面也会讲到,暂时可以考虑成是一个Activity的集合)启动的Activity,只有在这个集合中的Activity才能互相传递Result,如果Activity不能在当前Task启动,则这个方法会立即返回失败
  • 在onCreate和onResume中调用startActivity时,前一个Activiyt不会显示,直到后面启动的Activity关闭返回结果,这是为了防止前一个Activity显示造成的闪烁
  • 方法会抛出一个ActivityNotFoundException

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这个方法一共有两种情况,mParent为null和不为null,mParent其实是指的ActivityGroup,但是这种用法现在已经被弃用了,所以这条线可以不用关注。无伤大雅,我们顺便来看一下吧。

先看一下下个启动过程,当mParent不为null的时候,直接调用mParent的startActivityFromChild方法,如下
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在startActivityFromChild中又通过mInstrumentation调用了其中的execStartActivity方法。

在继续之前,有两个小插曲,先说一下startActivityForResult的最后一步,mActivityTransitionState.startExitOutTransition方法,处理退出当前Activity的相关事宜,这个不太用关注。

然后是mInstrumentation,看过网上文章的同学应该熟悉Instrumentation这个类,Instrumentation这个类是一个管家类,所有跟Activity有关的实际操作都交给它做,恩,与其说大管家,不如说是打杂的。这样有什么好处呢,这个类可以做一些统计工作,因为它知道Activity有关的所有事情。

然后,我们继续,回过头来看mParent为null时候的调用,其实也是调用了mInstrumentation的execStartActivity方法。可以看出,这两个分支最后殊途同归,到了execStartActivity方法,只是有两个参数不同,这就值得我们去看下这两个参数有什么影响,第一个和第四个,两个Activity类型的参数。其实这里mToken也是不一样的,mToken相当于activity的唯一标识符,这个token关系到后面新创建的Activity加入到哪个task栈中。这三个参数体会一下,后面也会遇到一些关于Activity的问题基本都和这里传递的参数有关。

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if (mParent == null)
mInstrumentation.execStartActivity(this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,
intent, requestCode, options);
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if(mParent != null)
mInstrumentation.execStartActivity(this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, child,
intent, requestCode, options);

这里先调用mInstrumentation的execStartActivity方法,返回一个ActivityResult。如果ActivityResult不为空,调用mMainThread的sendActivityResult方法。这其实是关于Activity通过startActivityForResult启动Activity然后返回Result的过程,这部分准备单独拉一篇文章来讲,这里就不多说了。

然后mMainThread是一个ActivityThread类型的,说起ActivityThread可厉害了,这个类其实就是应用程序的入口,main方法就在这个类里,我们的第二篇文章就主要是对这个类的分析。

然后这里mMainThread.sendActivityResult方法的作用就是调用onActivityResult,其实看到这里我不太明白,onActivityResult应该是新启动的Activity关闭后才调用。为什么这里execStartActivity之后就调用了,道理上这里Activity才启动,并没有关闭啊。我能想到的原因之一是execStartActivity是一个阻塞方法,只有当Activity关闭之后才会返回结果,然后继续往下执行,不知道我想的对不对,后面分析验证。

关于sendActivityResult是怎么调到onActivityResult的,和所有生命周期方法的调用一样,通过Handler,这个后面会统一讲一下。

下面我们去看Instrumentation的execStartActivity方法了。例行先看一下注释
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这个方法执行一个有应用程序发出的startActivity的请求,默认的实现会更新所有ActivityMonitor的信息,你可以用这个类监控activity的启动情况,并且做一些额外操作,这也是前面提到的可以在Instrumentation中监控每个Activity的启动情况。

当ActivityMonitor想要中断Activity启动时,这个方法依然会返回一个正确的ActivityResult。结合下面的代码,我前面提到的那个问题就明白了,这个方法并不阻塞,而且正常流程情况下也不会返回result,触发onActivityResult。只有当你设置了一个监控器,并且监控器是想阻止这个Acitivity启动的时候,这个方法不会真正去启动一个Activity,但是还是会正常返回Result值。

另外前面也提到,有两个参数要重点看下,第一个参数Context,是正在启动的Activity属于哪个Context,这个参数永远都是Parent,当没有Parent的时候是自己。第四个参数Activity,是具体执行startActivity任务的那个Activity,同时这个Activity负责处理onActivityResult。明白了这两个参数后,我们来看具体的代码。

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基本都在注释里写清楚了,核心方法是调了ActivityManagerNative.getDefault().startActivity方法getDefault是用系统提供的单例方法构造的一个单例对象,感觉这个方法也挺有意思,下次可以研究下。

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然后我们看ActivityManagerNative类中的startActivity方法
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我们来看ActivityManagerNative这个类,会发现它继承了Binder,如果你对Android的Binder体系熟悉的话,你应该能明显的看出来,这个方法是一个调用远端进程方法,封装数据,然后调用了Remote的transact方法。Binder也是Android中可以拖出来讲很久的一个体系,后面也会拖一篇文章来讲这个。所以ActivityManagerNative就是一个Binder对象,我们需要找到他对应的远端Service。追一下mRemote赋值的地方,会发现是在创建的时候。

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插播一句,这里Singleton类是java中实现的单例模式,具体这个单例实现的效果如果,然后有什么优化,不是很清楚,准备有空分析下这个类。但是想想系统实现的应该不会太差,所以写单例模式的时候也可以用这个类来。

我们回归正题,这个IBinder也可以跟到,简单来说,ActivityManagerNative的远端服务就是ActivityManagerService。整个Android程序其实是一个C/S结构,本地程序是一个Client,还一个Service端负责所有的程序调度。启动Activity肯定是系统的事啊,所以这里程序就把整个工作推给系统来做了。通过Binder模式,我们调到了远端Service的startActivity方法,来看这个方法。

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继续跟startActivityAsUser方法
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首先会检查,当前进程是否是孤立进程。孤立进程是Service的一个属性。

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android:isolatedProcess

如果Service设置了这个属性,那么这个Service将运行在一个特殊的进程中,这个进程和系统其他进程是分开的。这个进程没有任何权限。和这样的Service进行交互就只能通过系统API(也就是bind和start)。

简单来说,非孤立进程可以被拿来重用,重新运行新的app,孤立进程由于权限等问题,不能被重用,只能被销毁。所以在执行启动操作的时候要判断当前进程是否孤立进程,如果是,则不允许做start的操作。

回到正题,startActivityAsUser方法调用了StackSupervisor的startActivityMayWait方法,StackSupervisor是一个Activity栈的管理器,Activity栈是用来存储已经生成的的Activity对象的。这个我们会在后面说明。来看下StackSupervisor的startActivityMayWait方法。我看了一下整个流程,前面处理了Intent,AcitivtyStack等,为startActivity做准备,后面返回Result,都不是很重要。所以我们继续往下追,只寻找关于startActivity的部分。startActivityMayWait中的这一句

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调用了startActivityLocked方法,startActivityLocked中,也是先进行了一系列的检查,包括intent中各种flag的判定,以一个err命令贯穿整个方法,如果中间有任何异常err就会被改变,就不能继续往下进行。

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然后,调用到startActivityUncheckedLocked中,这个方法也是一个超级长的方法,对startActivity做了各种检查和准备, 主要是对Activity分各种Flag进行相应的处理。这个方法里面就有我们常见的Activity的各种启动模式的配置。如图

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前面说到startActivityForResult的时候,提过必须在一个task中,处理也是这里。如果不是一个task,会response一个异常码。

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这里其他代码的处理太细节化了,我们抓一下主线,生成一个ActivityStack,并
调用Stack的startActivityLocked方法
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这样我们就到了ActivityStack类里面,但是没过多久,startActivityLocked通过调用resumeTopActivitiesLocked又回到了ActivityStackSupervisor。

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做了一些检查,然后调到了resumeTopActivityInnerLocked,在resumeTopActivityInnerLocked中,因为thread和app都为null,所以执行了startSpecificActivityLocked方法,这就重新回到了ActivityStackSupervisor中

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我们可以看到startSpecificActivityLocked中,如果app和thread为null,会调用startProcessLocked启动一个新的线程。后面也会说到,新线程启动后还会回到这里,去调用真正的realStartActivityLocked,我们可以发现源码里的名字起的也是相当到位。

这里暂时thread和app都是null,所以通知ActivityManagerService的startProcessLocked方法启动一个进程

在ActivityManagerService的startProcessLocked方法中,前面处理了一下线程重用等的优化,用processRecord记录了要启动的进程的信息

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然后调了同名的startProcessLocked方法,但是参数由String的processName变成了ProcessRecord

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在这个方法中,通过Process.start启动了一个进程,并指定了进程的入口,也就是ActivityThread类的main方法。至于这个进程的启动过程涉及到Android内核层的东西了,这篇文章暂时不看这么细,我们就简单的理解为,新进程启动后,就会去调用指定的ActivityThread的main方法就好。

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最后总结一下这个过程,如果你不想关注太多的细节,只是提炼调用顺序的话,整个过程是这样的。

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这篇文章大概就到这里了。

最开始的时候提到,这篇文章介绍的是从头启动一个程序的流程,所以到目前为止,我们可以看到,AMS侧的准备工作已经做好了也记录了Activity的所有信息,但是,Activity包括运行Activity的线程其实还没有正式启动。下一篇文章中我们会详细说明一个Application启动后的流程,也就是main方法中做了什么。

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