[移动开发]Android 系统启动到App 界面完全展示终于明白(图文版)

前言

系列文章：

Android Activity创建到View的显示过程
Android 四大组件通信核心

之前文章有分析过Activity创建到View的显示过程，属于单应用层面的知识范畴，本篇将结合Android 系统启动部分知识将两者串联分析，以期达到融会贯通的目标。
通过本篇文章，你将了解到：

1. Android 系统启动流程概览
2. ServiceManager 进程作用
3. Zygote 进程创建与fork子进程
4. system_server 进程作用
5. App 与 system_server 交互
6. Activity 与 View的展示
7. 全流程图

1. Android 系统启动流程概览

• init 是用户空间的第一个进程，它的父进程是idle进程
• init 进程通过解析init.rc 文件并fork出相应的进程
• zygote是第一个Java 虚拟机进程，通过它孵化出system_server 进程
• system_server 进程启动桌面(Launcher)App

以上为Android 系统上电到桌面启动的简略过程，我们重点关注其中几个进程：

init、servicemanger、zygote、system_server

idle 与 init 关系如下：

查看依赖关系：

init.rc 启动servicemanager、zygote 配置如下：

2. ServiceManager 进程作用

Android 进程间通信运用最广泛的是Binder机制，而ServiceManager进程与Binder息息相关。
DNS 存储着域名和ip的映射关系，类似的ServiceManager存储着Binder客户端和服务端的映射。

App1作为Binder Client端，App2 作为Binder Server端，App2 开放一个接口给App1使用（通常称为服务），此时步骤如下：

1. App2 向ServiceManager注册服务，过程为：App2 获取ServiceManager的Binder引用，通过该Binder引用将App2 的Binder对象（实现了接口）添加到Binder驱动，Binder驱动记录对象与生成handle并返回给ServiceManager，ServiceManager记录关键信息（如服务名，handle）。
2. App1 向ServcieManager查询服务，过程为： App1 获取ServiceManager的Binder引用，通过该Binder引用发送查询命令给Binder驱动，Binder驱动委托ServiceManager进行查询，ServiceManager根据服务名从自己的缓存链表里查出对应服务，并将该服务的handle写入驱动，进而转为App1的Binder代理。
3. App1 拿到App2 的Binder代理后，App1 就可以通过Binder与App2进行IPC通信了，此时ServiceManager已经默默退居幕后，深藏功与名。

由上可知，ServiceManager进程扮演着中介的角色。

3. Zygote 进程创建与fork子进程

Zygote 进程的创建

Zygote 进程大名鼎鼎，Android 上所有的Java 进程都由Zygote孵化，Zygote名字本身也即是受精卵，当然文雅点一般称为孵化器。

Zygote 进程是由init进程fork出来的，进程启动后从入口文件(app_main.cpp)入口函数开始执行：

1. 构造AppRuntime对象，并创建Java虚拟机、注册一系列的jni函数(Java和Native层关联起来）
2. 从Native层切换到Java层，执行ZygoteInit.java main()函数
3. fork system_server进程，预加载进程公共资源(后续fork的子进程可以复用，加快进程执行速度）
4. 最后开启LocalSocket，并循环监听来自system_server创建子进程的Socket请求。

通过以上步骤，Zygote 启动完成，并等待创建进程的请求。

初始状态步骤：

1. Zygote fork system_server 进程并等待Socket请求
2. system_server 进程启动后会请求打开Launcher(桌面），此时通过Socket发送创建请求给Zygote，Zygote 收到请求后负责fork 出Launcher进程并执行它的入口函数
3. Launcher 启动后用户就可以看到初始的界面了

用户操作：
桌面显示出来后，此时用户想打开微信，于是点击了桌面上的微信图标，背后的故事如下：

1. Launcher App 收到点击请求，会执行startActivity，这个命令会通过Binder传递给system_server进程里的AMS(ActivityManagerService)模块
2. AMS 发现对应的微信进程并没有启动，于是通过Socket发送创建微信进程的请求给Zygote
3. Zygote 收到Socket请求后，fork 微信进程并执行对应的入口函数，之后就会显示出微信的界面了

用图表示如下：

由上可知，App进程和system_server 进程之间通信方式为Binder，而system_server和Zygote 通信方式为Socket，App进程并不直接请求Zygote做事情，而是通过system_server进行处理，system_server 记录着当前所有App 进程的状态，由它来统一管理各个App的生命周期。

Zygote 进程fork 子进程

Zygote 进程在Java层监听Socket请求，收到请求后层层调用最后切换到Native执行系统调用fork()函数，最后根据fork()返回值区分父子进程，并在子进程里执行入口函数。

4. system_server 进程作用

system_server 为所有App提供服务，可以说是系统的核心进程之一，它主要的功能如下：

可以看出，它创建并启动了许多服务，常见的AMS、PMS、WMS，我们常说系统某某服务返回了啥，往细的说这里的"系统"可以认为是system_server进程。
需要注意的是，这里所说的服务并不是Android四大组件的Service，而是某一类功能。

四大组件的交互也要依靠system_server：

实际调用流程如下：

由上图可知，不管是同一进程内的通信亦或是不同进程间的通信，都需要system_server介入。

App 和 system_server 是属于不同的进程，App进程如何找到system_server呢？
还是要借助ServiceManager进程：

system_server 在启动时候不仅开启了各种服务，同时还将需要暴露的服务注册到ServiceManager里，其它进程想要使用system_server的功能时只需要从SystemManager里查询即可。

5. App 与 system_server 交互

App 想要获取系统的功能，在大部分情况下是绕不过system_server的，接着来看看App如何与system_server进行交互。

前面分析过，App想要获取system_server 服务只需要从ServiceManager里获取即可，调用形式如下：

getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE)

那反过来呢？system_server如何主动调用App的服务呢？
既然获取服务的本质是拿到对端的Binder引用，那么也可以反过来，将App的Binder传递给system_server，等到system_server想要调用App时候拿出来用即可，类似回调的功能，如下图：

再细化一下流程：

1. App 进程在启动后执行ActivityThread.java里的main()方法，在该方法里调用system_server的接口，并将自己的Binder引用(mAppThread)传递给system_server
2. system_server 掌管着Application和四大组件的生命周期，system_server会告诉App进程当前是需要创建Application实例还是调用到Activity某个生命周期阶段(如onCreate/onResume等），此时就是依靠mAppThread回调回来
3. 此时的App进程作为Binder Server端，它是在子线程收到system_server进程的消息，因此需要通过post到主线程执行
4. 最终Application/Activity 的生命周期函数将会在主线程执行，这也就是为什么四大组件不能执行耗时任务的原因，因为都会切换到主线程执行四大组件的各种重写方法

6. Activity 与 View的展示

通过上面的分析可知现在的流程已经走到App进程本身，Application、Activity 都已经创建完毕了，什么时候会显示View呢？
先看Activity.onCreate()的调用流程：

此流程结束，整个ViewTree都构建好了。

接着需要将ViewTree添加到Window里流程如下：

最后监听屏幕刷新信号，当信号到来之后遍历ViewTree进行Measure、Layout、Draw操作，最终渲染到屏幕上，此时我们的App界面就显示出来了。

7. 全流程图

附源码路径：
init.rc配置文件
ServiceManager入口
Zygote native入口
Zygote java入口
system_server入口
App入口

更多Android 源码查看方式请移步：Android-系统源码查看的几种方式

本文基于Android 10
对源码细节有疑惑之处欢迎留言讨论，下篇将会图文分析Binder实现全流程，敬请关注。

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