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可能是史上最简单的!一张图3分钟让你明白Activity启动流程,不看后悔!

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Android

背景介绍

从事开发到了一定阶段,想要提高就必须搞明白系统的一些工作原理。为什么?因为只有明白了这些,你才能针对平台的特性写出优质的代码。当遇到棘手的问题时,你才能更快速的结合系统原理去寻找最优解决方案。底层基础决定上层建筑。这个原理在开发中同样适用。我是提倡 回归基础 的。高级的功能总是由最基本的元件构成,就好比为数不多的元素构成了我们难以想象的丰富的物质世界一样。只有掌握了最根本的内容,才能促使你爆发出难以想象的创造力来!

重视基础,回归基础。回到最初,去探寻灵感。 愿与君共勉✌️!

一张图明白Activity的启动流程

可能是史上最简单的!一张图3分钟让你明白Activity启动流程,不看后悔!

Activity启动流程

本篇主要讲的是从一个App启动,到Activity执行onCreate()的流程。后面关于Activity的生命周期相信大家基本都耳熟能详了。

上图中我把涉及到的类名方法命均列出来了,你可以看着流程,打开源码跟着过一遍。相信在过完一遍之后,在今后的开发中你会更加自信!

上图乍一看可能感觉有些眼花缭乱,但请不要惧怕。其实根本就没什么东西😂,你只需要从蓝色箭头开始看下去,会发现一下就看完了。在结合下面简要的分析,3分钟内你就能搞明白Activity的启动流程。

关于Activity的启动,我在【惊天秘密!从Thread开始,揭露Android线程通讯的诡计和主线程的阴谋】http://www.jianshu.com/p/8862bd2b6a29 一文中有提到过。这篇文章主要讲的是Thread线程到底是个什么东西,以及Android中的消息机制。感兴趣可以点链接看一看。

一切从main()方法开始

Android中,一个应用程序的开始可以说就是从ActivityThread.java中的main()方法开始的。都是学过Java的人,想必也都知道Java的程序入口就是main()方法。Android其实也就是一个Java程序而已。

从上图可以看到,main()方法中主要做的事情有:

  1. 初始化主线程的Looper、主Handler。并使主线程进入等待接收Message消息的无限循环状态。关于Android的Handler机制,可以参考一下我上面提到的文章:
    【惊天秘密!从Thread开始,揭露Android线程通讯的诡计和主线程的阴谋】http://www.jianshu.com/p/8862bd2b6a29
    下面是main()方法中比较关键的代码:
public static void main(String[] args){     ...     Looper.prepareMainLooper();      //初始化Looper     ...     ActivityThread thread = new ActivityThread();     //实例化一个ActivityThread     thread.attach(false);     //这个方法最后就是为了发送出创建Application的消息     ...      Looper.loop();     //主线程进入无限循环状态,等待接收消息 }

2.调用attach()方法,主要就是为了发送出初始化Application的消息。这个流程说长不长,说短不短。下文会再捋一捋。

创建Application的消息是如何发送的呢?

上面提到过,ActivityThread的attach()方法最终的目的是发送出一条创建Application的消息——H.BIND_APPLICATION,到主线程的主Handler中。那我们来看看attach()方法干了啥。
attach()关键代码:

public void attach(boolean system){     ...     final IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();       //获得IActivityManager实例,下面会看看它是个啥     try {         mgr.attachApplication(mAppThread);          //看见没?关键啊。mAppThread这个参数下面也会说一下     } catch (RemoteException ex) {         throw ex.rethrowFromSystemServer();     }     ... }

莫慌莫慌,下面看看上面出现的两个对象是个啥。

IActivityManager mgr是个啥?

从上图也可以看到,IActivityManager是一个接口,当我们调用ActivityManagerNative.getDefault()获得的实际是一个代理类的实例——ActivityManagerProxy,这个东西实现了IActivityManager接口。打开源码你会发现,ActivityManagerProxy是ActivityManagerNative的一个内部类。可以看出,Android团队在设计的过程中是实践了最小惊异原则的,就是把相关的东西尽量放在一起。那么既然是个代理类,它究竟代理了谁?代码里看看喽😏。
下面这个代码稍微有点绕啊!老哥,稳住!

  1. 先看ActivityManagerProxy的构造函数:

    public ActivityManagerProxy(IBinder remote) {      mRemote = remote; }

    这个构造函数非常的简单。首先它需要一个IBinder参数,然后赋值给mRemote变量。这个mRemote显然是ActivityManagerNative的成员变量。但对它的操作是由ActivityManagerProxy来代理间接进行的。这样设计的好处是保护了mRemote,并且能够在操作mRemote前执行一些别的事务,并且我们是以IActivityManager的身份来进行这些操作的!这就非常巧妙了👍。

  2. 那么这个构造函数是在那调用的呢?

    static public IActivityManager asInterface(IBinder obj) {  if (obj == null) {      return null;  }  IActivityManager in =      (IActivityManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);  //先检查一下有没有  if (in != null) {      return in;  }  ...  return new ActivityManagerProxy(obj);  //这个地方调用了构造函数 }

    上面这个方法是ActivityManagerNative中的一个静态方法,它会调用到ActivityManagerProxy的构造方法。然而,这个静态方法也需要一个IBinder作为参数!老夫被绕晕了😂。但是不怕,咱们继续往找!

  3. getDefault()获取到的静态常量gDefault
    private static final Singleton<IActivityManager> gDefault =  new Singleton<IActivityManager>() {  protected IActivityManager create() {     IBinder b = ServiceManager.getService("activity");     //重点啊!IBinder实例就是在这里获得的。      ...      IActivityManager am = asInterface(b);      //调用了上面的方法。      ...      return am;  } };

    这是ActivityManagerNative的静态常量,它是一个单例。在其中终于获得了前面一直在用的IBinder实例。

    IBinder b = ServiceManager.getService("activity");

    试着在上图中找到对应位置。

这里是通过ServiceManager获取到IBinder实例的。如果你以前了解AIDL通讯流程的话。这可能比较好理解一点,这只是通过另一种方式获取IBinder实例罢了。获取IBinder的目的就是为了通过这个IBinderActivityManager进行通讯,进而ActivityManager会调度发送H.BIND_APPLICATION即初始化Application的Message消息。如果之前没接触过Binder机制的话,只需知道这个目的就行了。我后面会写一篇专门介绍Android中Binder机制的文章。当然,你也可以参考一下罗大的系列文章,写的很详细,非常的很赞!【Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析
】http://m.blog.csdn.net/article/details?id=6642463

  1. 再来看看attachApplication(mAppThread)方法。
    public void attachApplication(IApplicationThread app){ ... mRemote.transact(ATTACH_APPLICATION_TRANSACTION, data, reply, 0);   ... }

    这个方法我在上图中也体现出来了。

这个方法中上面这一句是关键。调用了IBinder实例的tansact()方法,并且把参数app(这个参数稍后就会提到)放到了data中,最终传递给ActivityManager。

现在,我们已经基本知道了IActivityManager是个什么东东了。其实最重要的就是它的一个实现类ActivityManagerProxy,它主要代理了内核中与ActivityManager通讯的Binder实例。下面再看看ApplicationThread mAppThread

ApplicationThread mAppThread又是个啥?

  1. 在ActivityThread的成员变量中,你能够发现:
    final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();

    ApplicationThread是作为ActivityThread中的一个常量出现的。这表明系统不希望这个变量中途被修改,可见这个变量具有特定而十分重要的作用。

  2. 我们看看他是啥。
    private class ApplicationThread extends ApplicationThreadNative{  ... }

    ApplicationThread是ActivityThread中的一个内部类,为什么没有单独出来写在别的地方呢?我觉得这也是对最小惊异原则的实践。因为ApplicationThread是专门真对这里使用的对象。

  3. 它继承自ApplicationThreadNative,我们再看看它是个啥。
    public abstract class ApplicationThreadNative extends Binder   implements IApplicationThread{  ...  //无参构造函数  public ApplicationThreadNative() {      //这是Binder的      attachInterface(this, descriptor);  }  ... }

    那么很明显,ApplicationThread最终也是一个Binder!同时,由于实现了IApplicationThread接口,所以它也是一个IApplicationThread。以上这系对应关系你都可以在上图中找到。

我们在ActivityThread中看到的ApplicationThread使用的构造函数是无参的,所以看上面无参构造函数都干了啥!

Binder的attachInterface(IInterface owner, String descriptor)方法没什么特别的,就是赋值了。

public void attachInterface(IInterface owner, String descriptor) {     mOwner = owner;     mDescriptor = descriptor; }

4.那么IApplicationThread又是啥?老铁,走着!我们继续挖。

public interface IApplicationThread extends IInterface {     ...     String descriptor = "android.app.IApplicationThread";      //留意下这个参数     ... }

好吧,这在上图中没有,挖的有点什么了。但是学习嘛,咱就看看喽。

IApplicationThread是继承了IInterface的一个接口,我们需要关注一下里面的descriptor参数。后面会用它,它是一个标识,查询的时候很重要。

好,我们终于知道attach()方法中出现的两个对象是啥了。ApplicationThread作为IApplicationThread的一个实例,承担了最后发送Activity生命周期、及其它一些消息的任务。也就是说,前面绕了一大圈,最后还是回到这个地方来发送消息。我擦!

也许你会想,既然在ActivityThread中我们已经创建出了ApllicationThread的了,为什么还要绕这么弯路?😄,当然是为了让系统根据情况来控制这个过程喽,不然为什么要把ApplicationThread传到ActivityManager中呢?

ActivityManagerService调度发送初始化消息

经过上面的辗转,ApplicationThread终于到了ActivityManagerService中了。请在上图中找到对应位置!

从上图中可以看到,ActivityManagerService中有一这样的方法:

private final boolean attachApplicationLocked(IApplicationThread thread , int pid) {     ...     thread.bindApplication();     //注意啦!     ... }

ApplicationThread以IApplicationThread的身份到了ActivityManagerService中,经过一系列的操作,最终被调用了自己的bindApplication()方法,发出初始化Applicationd的消息。

public final void bindApplication(String processName,      ApplicationInfo appInfo,     List<ProviderInfo> providers,      ComponentName instrumentationName,     ProfilerInfo profilerInfo,      Bundle instrumentationArgs,     IInstrumentationWatcher instrumentationWatcher,     IUiAutomationConnection instrumentationUiConnection,      int debugMode,     boolean enableBinderTracking,      boolean trackAllocation,     boolean isRestrictedBackupMode,      boolean persistent,      Configuration config,     CompatibilityInfo compatInfo,      Map<String, IBinder> services,      Bundle coreSettings){      ...     sendMessage(H.BIND_APPLICATION, data); }

吓屎老纸!这么多参数。这明明很违反参数尽量要少的原则嘛!所以说,有的时候,开发过程中还是很难避免一些参数堆积的情况的。也不能一概而论。

但是,这个地方,我们只要知道最后发了一条H.BIND_APPLICATION消息,接着程序开始了。

收到初始化消息之后的世界

上面我们已经找到初始化Applicaitond的消息是在哪发送的了。现在,需要看一看收到消息后都发生了些什么。

现在上图的H下面找到第一个消息:H.BIND_APPLICATION。一旦接收到这个消息就开始创建Application了。这个过程是在handleBindApplication()中完成的。看看这个方法。在上图中可以看到对应的方法。

private void handleBindApplication(AppBindData data) {     ...     mInstrumentation = (Instrumentation)         cl.loadClass(data.instrumentationName.getClassName())         .newInstance();     //通过反射初始化一个Instrumentation仪表。后面会介绍。     ...     Application app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);     //通过LoadedApp命令创建Application实例     mInitialApplication = app;     ...     mInstrumentation.callApplicationOnCreate(app);     //让仪器调用Application的onCreate()方法     ... }

handleBindApplication()是一个很长的方法,但是我为各位看官精选出了上面这几句代码。对于本篇的主题来说,他们是至关重要的。上面短短的代码中出现了几个新对象。下面我会一一道来。

Instrumentation仪表,什么鬼?

1.这个叫Instrumentation仪表的东西十分诡异,姑且翻译为仪器吧。字面上看不出任何它是干什么的线索。但是,我们可以打开文档看看喽。

Instrumentation会在应用程序的任何代码运行之前被实例化,它能够允许你监视应用程序和系统的所有交互。

大概就这个意思啦。

2.但是,从上面的代码我们可以看出,Instrumentation确实是在Application初始化之前就被创建了。那么它是如何实现监视应用程序和系统交互的呢?

打开这个类你可以发现,最终Apllication的创建,Activity的创建,以及生命周期都会经过这个对象去执行。简单点说,就是把这些操作包装了一层。通过操作Instrumentation进而实现上述的功能。

3.那么这样做究竟有什么好处呢?仔细想想。Instrumentation作为抽象,当我们约定好需要实现的功能之后,我们只需要给Instrumentation仪表添加这些抽象功能,然后调用就好。剩下的,不管怎么实现这些功能,都交给Instrumentation仪器的实现对象就好。啊!这是多态的运用。啊!这是依赖抽象,不依赖具体的实践。啊!这是上层提出需求,底层定义接口,即依赖倒置原则的践行。呵!抽象不过如此。

从代码中可以看到,这里实例化Instrumentation的方法是反射!而反射的ClassName是来自于从ActivityManagerService中传过来的Binder的。套路太深!就是为了隐藏具体的实现对象。但是这样耦合性会很低。

4.好了,不瞎扯了。既然在说Instrumentation,那就看看最后调的callApplicationOnCreate()方法。

public void callApplicationOnCreate(Application app) {     app.onCreate(); }

你没看错,它啥也没干。只是调用了一下Application的onCreate()方法。这就是为什么它能够起到监控的作用。

在上图中你能够看到Instrumentation,以及它的交互过程。

LoadedApk就是data.info哦!

关于它是怎么来的本篇就不说了,以后可能会介绍下。本篇就看流程就好。所以直接进去看它的makeApplication()干了啥,就把Application给创建了。

public Application makeApplication(boolean forceDefaultAppClass,     Instrumentation instrumentation) {     ...     String appClass = mApplicationInfo.className;     //Application的类名。明显是要用反射了。     ...     ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread         , this);     //留意下Context     app = mActivityThread.mInstrumentation         .newApplication( cl, appClass, appContext);     //通过仪表创建Application     ... }

在这个方法中,我们需要知道的就是,在取得Application的实际类名之后,最终的创建工作还是交由Instrumentation去完成,就像前面所说的一样。

值得留意的是,就像上图所标注的一样,当需要第二次获取Application时,同样只需要调用这个方法就好。“真是方便!”

现在把目光移回Instrumentation

看看newApplication()中是如何完成Application的创建的。

static public Application newApplication(Class<?> clazz     , Context context) throws InstantiationException     , IllegalAccessException     , ClassNotFoundException {         Application app = (Application)clazz.newInstance();         //反射创建,简单粗暴         app.attach(context);         //关注下这里,Application被创建后第一个调用的方法。         //目的是为了绑定Context。         return app;     }

我的天,绕了这么多,这Application可算是创建出来了。快给自己一个小红花吧😊!

LaunchActivity

当Application初始化完成后,系统会更具Manifests中的配置的启动Activity发送一个Intent去启动相应的Activity。这个过程本篇先不提,下次再说。主要看流程!

  1. 直接的,H就收到了一条LAUNCH_ACTIVITY的消息。然后开始初始化Activity之旅。收到消息后,真正处理是在ActivityThread中的handleLaunchActivity()中进行的。是不是迫不及待的想要知道发生了啥?快在上图中找到对应的步骤吧!
    private void handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r  , Intent customIntent  , String reason) {  ...  Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);  //妈蛋!又封装到另一个方法中创建了。  ...  if (a != null) {      ...      handleResumeActivity(r.token      , false      , r.isForward      ,!r.activity.mFinished && !r.startsNotResumed      , r.lastProcessedSeq, reason);      //Activity创建成功就往onResume()走了!      ...  } }

    从上面的代码中可以看出…好吧,什么都看不出来!

  2. 再走一个方法。
    private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r  , Intent customIntent) {  ...  activity = mInstrumentation.newActivity(       cl, component.getClassName(), r.intent);  //通过仪表来创建Activity  ...   Application app = r.packageInfo.makeApplication(false   , mInstrumentation);   //前面说过,是在获取Application  ...  activity.attach(appContext      , this      , getInstrumentation()      , r.token      ,.ident      , app      , r.intent      , r.activityInfo      , title      , r.parent      , r.embeddedID      , r.lastNonConfigurationInstances      , config      ,r.referrer      , r.voiceInteractor      , window);  //方法怪出现!  ...  if (r.isPersistable()) {      mInstrumentation.callActivityOnCreate(        activity, r.state, r.persistentState);  } else {      mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);  }  //根据是否可持久化选择onCreate()方法。  ... }

    这个方法内容较多,我们一个个看。

  3. activity = mInstrumentation.newActivity(       cl, component.getClassName(), r.intent);

    正如前面所说,Activity、Application的创建及生命周期都被承包给Instrumentation仪表了。所以由它来负责。看看Instrumentation干了啥。

    public Activity newActivity(ClassLoader cl, String className,          Intent intent)          throws InstantiationException          , IllegalAccessException,          ClassNotFoundException {      return (Activity)cl.loadClass(className).newInstance();      //真的没干啥。反射实例化Activity而已  }

    就是反射出一个Activity而已。

  4. if (r.isPersistable()) {      mInstrumentation.callActivityOnCreate(        activity, r.state, r.persistentState);  } else {      mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);  }

    根据是否可持久化选择Activity的onCreate()方法。同样是通过Instrumentation仪表来执行onCreate()的。它两分别对应的onCreate()方法为:

    onCreate(icicle, persistentState); //可获得持久化数据

    onCreate(icicle); //平时重写的最多的。

中间两个方法留意一下就好,就不在解释的,感兴趣的点源码看看。

到此,Activity就跑起来了!怎么样?是不是并不复杂。

总结

本篇就到此结束了。本篇主要流程是从Application创建开始,到第一个Activity onCreate()结束的。这了流程也不算长,关键是结合上面的图来看。重点环节我都用不同的颜色标记出来了。

看到这里的同学奖励自己一包辣条吧!😄

参考链接

  1. 【Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析
    】http://m.blog.csdn.net/article/details?id=6642463

  2. 【Instrumentation API】https://developer.android.com/reference/android/app/Instrumentation.html

  3. 【Activity启动流程(下)】http://www.jianshu.com/p/3cf90c633bb1
  4. 【Android学习——ActivityManager与Proxy模式的运用】http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2012/05/25/2517522.html
  5. 【ActivityManager API】https://developer.android.com/reference/android/app/ActivityManager.html

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