android源码学习- APP启动流程（android12源码）_android app启动流程

前言：

百度一搜能找到很多讲APP启动流程的，但是往往要么就是太老旧（还是基于android6去分析的），要么就是不全（往往只讲了整个流程的一小部分）。所以我结合网上现有的文章，以及源码的阅读和调试，耗费了3整天的时间，力求写出一篇最完整，最详细，最通俗易懂的文章，来讲清楚在android上，APP是如何启动的。

 该文属于安卓源码探究专栏中的文章，专栏中很多类似源码分析的文章，欢迎大家阅读。

链接如下：

安卓源码研究

一、APP启动流程概览

涉及到四个进程之间的通信，分别是Laucher进程（桌面APP），SystemServer进程（AMS所属进程），Zygote进程（系统和所有APP的创建进程），APP进程。

APP简要的启动流程是这样的：
1.Laucher进程会通过binder的方式通知SystemServer进程。

2.然后SystemServer进程中的AMS会查询对应的Activity栈信息，如果对应APP进程不存在则会加载占位图。然后通过socket的方式通知Zygote去创建APP进程。

3.APP进程创建后会执行main方法，然后通知AMS

4.AMS收到信息后会继续通知APP去创建Application，并且接下来会通知APP进程取拉起Activity。

5.APP进程依次收到通知后，会依次完成加载APK，初始化Application，执行Activtiy生命周期等操作。最终会把首屏展示出来。

流程图如下，建议双击放大后观看：

 

接下来的几章，会按照上面的流程逐一拆解分析：

二、Launcher通知AMS启动APP

Launcher进程其实和普通APP是一样的，甚至我们可以把自己的APP设置为桌面APP。

2.1 Launcher获取到AMS的binder

而Launcher通知AMS的流程和正常APP也是一样的，通过ServiceManager获取到AMS的binder引用。这里提到了ServiceManager，其实ServiceManagerService也是单独的一个进程，其存储了所有APP所需要的binder引用。而且其地址是固定的，所以获取ServiceManager可以直接获取。

2.2 通知ActivityManagerService

Launcher通过上述获取到的binder通知到AMS，调用的方式是startActivityWithFeature。

而由于AMS实现了IActivityManager.Stub的实现，所以其startActivityWithFeature方法会收到launcher发过来的通知。

2.3 系统进程加载占位图

AMS中，会交由ActivityTaskManagerService去进行对应启动任务的处理。最终会交给ActivityStart进行处理。

ActivityStart中，首先会进行一个逻辑判断，如果进程不存在，则首先会加载APP中MainActivity的主题作为背景图，显示到屏幕上。这一步操作是发生在SystemServer进程的，APP进程还未创建。

android11开始支持启动动画，逻辑也是在这里处理的。

2.4 AMS进行启动操作

一个进程中会有多个任务栈，栈对应的是Task类。

一个任务栈中会有多个Activity对象，这个Activity对象在AMS中使用ActivityRecord记录。

这一块的具体逻辑，我会单独写一篇Activity的启动逻辑来进行描述。

这里暂时先简单描述下，如果AMS发现进程不存在，会去通知Zygote的进行进程fork就好，对应的fork逻辑在下一章。

三、Zygote创建APP进程

3.1 AMS中内部逻辑执行

ActivityTaskManagerService调用startProcessAsync方法会去负责创建APP进程，这是异步的，通过handler转发后最终会调用到LocalService.startProcess()方法。

然后会通知到ProcessList.startProcessLocked方法，这个方法中，会构造一个对象ProcessRecord对象，然后把各种信息添加到这个对象中。

接下来会调用到ProcessList.startProcessLocked这个方法，这个方法主要是负责把各种信息转换为runtimeFlags标记位，连同上面构造的ProcessRecord继续传入下一层。

最终通知到Process.start方法，然后交由ZygoteProcess.start方法，最终传递到startViaZygote方法。

3.2 请求参数拼接成字符串发送给Zygote

startViaZygote这个方法中，会把各种配置参数拼接为字符串。

最终在ZygoteProcess.attemptUsapSendArgsAndGetResult方法中，通过LocalSocket的方式把上面拼接的字符串内容传递给Zygote进程。并且从socket中读取返回值，返回值的PID>0则证明进程创建成功。

3.3 Zygote进程逻辑

在了解Zygote进程如何解析AMS发送过来的请求之前，我们先简单了解下Zygote进程创建后的一些基本逻辑。如下图：

一。Zygote进程创建后，最开始的入口是在C层，app_main.cpp文件的main方法（该进程由Init进程启动，这里就不扩展了），在main方法中会配置一些JVM的参数，这个和JAVA的虚拟机参数配置类似。最终会调用到AndroidRuntime.cpp中的start函数，去启动JVM虚拟机。

 if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote, primary_zygote) != 0) {
        return;
    }

二。虚拟机创建之后，会通过native层反射找到main函数，并调用ZygoteInit类的main函数。

AndroidRumtime.cpp的start方法中：

if (startClass == NULL) {
        ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
        /* keep going */
    } else {
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");
        if (startMeth == NULL) {
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
            /* keep going */
        } else {
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
 
#if 0
            if (env->ExceptionCheck())
                threadExitUncaughtException(env);
#endif
        }
    }

三。ZygoteInit类的main方法中，会做如下几件事：

第一步，把自身的进程ID设置为0，并且没有parent进程。

第二步，会进行一系列的初始化操作，比如加载native环境，加载JVM环境，加载系统类，加载系统资源等等。都在其preload方法中。

第三步，如果是首次执行，则会创建SystemServer进程。这也是Zygote进程的大儿子。AMS，WMS都属于SystemServer进程。

第四步，会创建zygoteServer对象，并且调用其runSelectLoop方法。监听socket不断的接传递过来的信息

第五步，Zygote进程的fork，其实是复制一个原原本本的自己。runSelectLoop方法中其实会去执行fork操作，这个后面会讲，我们这里只需要知道，执行到caller.run();这一句的时候，已经处于APP进程状态了。

public static void main(String[] argv) {
        ZygoteServer zygoteServer = null;
 
        // Mark zygote start. This ensures that thread creation will throw
        // an error.
        ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();
 
        // Zygote goes into its own process group.
        try {
            Os.setpgid(0, 0);
        } catch (ErrnoException ex) {
            throw new RuntimeException("Failed to setpgid(0,0)", ex);
        }
 
        
            
        ...
         
            if (!enableLazyPreload) {
                bootTimingsTraceLog.traceBegin("ZygotePreload");
                EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
                        SystemClock.uptimeMillis());
                //2.初始化操作
                preload(bootTimingsTraceLog);
                EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
                        SystemClock.uptimeMillis());
                bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygotePreload
            }
 
            // Do an initial gc to clean up after startup
            bootTimingsTraceLog.traceBegin("PostZygoteInitGC");
            gcAndFinalize();
            bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // PostZygoteInitGC
 
            bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygoteInit
 
            Zygote.initNativeState(isPrimaryZygote);
 
            ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation();
 
            zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);
 
            if (startSystemServer) {
                //3.首次启动时，会启动系统进程
                Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);
 
                // {@code r == null} in the parent (zygote) process, and {@code r != null} in the
                // child (system_server) process.
                if (r != null) {
                    r.run();
                    return;
                }
            }
 
             //4.启动无限循环监听socket
            caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
        } catch (Throwable ex) {
            Log.e(TAG, "System zygote died with fatal exception", ex);
            throw ex;
        } finally {
            if (zygoteServer != null) {
                zygoteServer.closeServerSocket();
            }
        }
 
        // We're in the child process and have exited the select loop. Proceed to execute the
        // command.
        if (caller != null) {
            //5.这里的调用已经是在APP进程了，zygote进程永远不会执行到这里
            caller.run();
        }
    }

3.4 收到通知后去fork产生APP进程

runSelectLoop方法中，会开启一个无限循环。如果收到了消息

如果收到了消息，则会调用ZygoteConnection.processCommand去处理。

Runnable runSelectLoop (String abiList){
//        ...
 
            while (true) {
//            ...
                try {
                    ZygoteConnection connection = peers.get(pollIndex);
                    boolean multipleForksOK = !isUsapPoolEnabled()
                            && ZygoteHooks.isIndefiniteThreadSuspensionSafe();
                    //收到消息，处理消息并且返回runnable。
                    final Runnable command =
                            connection.processCommand(this, multipleForksOK);
 
                    // TODO (chriswailes): Is this extra check necessary?
                    if (mIsForkChild) {
                        if (command == null) {
                            throw new IllegalStateException("command == null");
                        }
                         //子进程执行，子进程的mIsForkChild会被设置为true，则返回command
                        return command;
                    } else {
                         //Zygote进程执行，则继续执行循环
                        //       ...
                    }
                }
            }
        }

而在processCommand中，会解析收到的参数，最终调用Zygote.forkAndSpecialize去fork一个新进程。这个方法虽然只会调用一次，返回因为进程是拷贝的，所以实际上会有两次返回，返回两个pid。pid为0时为子进程，设置标记为子进程。反之仍就还是Zygote进程。

 pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid,
                            parsedArgs.mGids, parsedArgs.mRuntimeFlags, rlimits,
                            parsedArgs.mMountExternal, parsedArgs.mSeInfo, parsedArgs.mNiceName,
                            fdsToClose, fdsToIgnore, parsedArgs.mStartChildZygote,
                            parsedArgs.mInstructionSet, parsedArgs.mAppDataDir,
                            parsedArgs.mIsTopApp, parsedArgs.mPkgDataInfoList,
                            parsedArgs.mAllowlistedDataInfoList, parsedArgs.mBindMountAppDataDirs,
                            parsedArgs.mBindMountAppStorageDirs);
 
                    try {
                        if (pid == 0) {
                            // in child
                            zygoteServer.setForkChild();
 
                            zygoteServer.closeServerSocket();
                            IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
                            serverPipeFd = null;
 
                            return handleChildProc(parsedArgs, childPipeFd,
                                    parsedArgs.mStartChildZygote);
                        } else {
                            // In the parent. A pid < 0 indicates a failure and will be handled in
                            // handleParentProc.
                            IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
                            childPipeFd = null;
                            handleParentProc(pid, serverPipeFd);
                            return null;
                        }
                    } finally {
                        IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
                        IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
                    }

3.5 调用ActivityThread.main方法

调用到handleChildProc方法时，已经处于APP进程的状态。

该方法掉调用到ZygoteInit.zygoteInit()方法，相关代码如下：

    public static Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, long[] disabledCompatChanges,
            String[] argv, ClassLoader classLoader) {
        ...
        RuntimeInit.redirectLogStreams();
        RuntimeInit.commonInit();
        ZygoteInit.nativeZygoteInit();
        return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, disabledCompatChanges, argv,
                classLoader);
    }

第一步，把System.out的输出重定向到Logcat中；

第二步，在commonInit方法中，设置Thread的UncaughtExceptionPreHandler和DefaultUncaughtExceptionHandler。用于应用发生异常时的处理，这里稍微扩展下，DefaultUncaughtExceptionHandler设置的是RuntimeInit.KillApplicationHandler，所以所有最终未处理的异常都会走到这个类中。

第三步，native中进行相关的初始化。

最后一步，做VM虚拟机的一些配置，然后就会调用findStaticMain方法。

接下来，我们看下findStaticMain方法：

protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv,
            ClassLoader classLoader) {
        Class<?> cl;
 
        try {
            cl = Class.forName(className, true, classLoader);
        } catch (ClassNotFoundException ex) {
            throw new RuntimeException(
                    "Missing class when invoking static main " + className,
                    ex);
        }
 
        Method m;
        try {
            m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
        } catch (NoSuchMethodException ex) {
            throw new RuntimeException(
                    "Missing static main on " + className, ex);
        } catch (SecurityException ex) {
            throw new RuntimeException(
                    "Problem getting static main on " + className, ex);
        }
 
        int modifiers = m.getModifiers();
        if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
            throw new RuntimeException(
                    "Main method is not public and static on " + className);
        }
 
        /*
         * This throw gets caught in ZygoteInit.main(), which responds
         * by invoking the exception's run() method. This arrangement
         * clears up all the stack frames that were required in setting
         * up the process.
         */
        return new MethodAndArgsCaller(m, argv);
    }

这里只看到出现了main方法，并没有看到ActivityThread类的声明。所以，是如何最终选择启动类类中的main方法呢？其实原理很简单，这个方法中有一个className参数，这个其实就是ActivityThread类，它是通过socket传递过来的一个参数，其定义在ProcessList的startProcessLocked方法中

所以最后返回的其实是一个runnable接口实现类，而这个runnable中实现了调用ActivityThread中main方法的逻辑。

还记得3.3中Zygote创建后的逻辑吗？最后一句是调用 caller.run();

是的，这个caller就是最后返回的runnable接口实现类，去完成调用main方法的操作。

四、APP进程创建初始化操作

app进程初始化的操作比较简单，主要做了两件事，初始化looper，以及通知AMS。（注意，这里只是APP进程创建了，但是还没有加载APK中的任何类）

4.1 初始化MainLooper

调用main方法的线程，会被设置为主线程，Looper此时会开启无限循环。

main(){
    //looper绑定主线程
    Looper.prepareMainLooper();
 
    //通知AMS
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false, startSeq);
 
    //looper开启无限循环读取消息
    Looper.loop();
}

4.2 通知AMS

ActivityThread.attach方法中，实现逻辑也是比较简单的，直接通过binder通知AMS，并且把自身的binder（ApplicationThread）也传递给AMS。

            final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
            try {
                mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
            } catch (RemoteException ex) {
                throw ex.rethrowFromSystemServer();
            }

这里AMS的binder是直接通过ServierManager的方式获取的。ServierManager存储了所有的binder引用，注册的形式，AMS在启动的时候去注册。

五、AMS通知APP进程进行各种生命周期操作

5.1 唤起APP初始化并拉起APP首屏

ActivityManagerService的attachApplication方法会收到APP传递过来的消息，然后交由attachApplicationLocked处理。

attachApplicationLocked中主要负责两件事：

1.通知APP进程进行初始化操作；

2.进行一些列操作，最终通知APP拉起指定的MainActivity。

说到这，问一个问题1，为什么明明是串行通知APP去执行的，而APP那边不会出现先加载Activity，再去初始化应用的情况呢？答案在下一小节。

 @GuardedBy("this")
    private boolean attachApplicationLocked(@NonNull IApplicationThread thread,
            int pid, int callingUid, long startSeq) {
        ...
            if (app.getIsolatedEntryPoint() != null) {
                ...
            } else if (instr2 != null) {
                //1通知APP进行初始化操作
                thread.bindApplication(processName, appInfo, providerList,
                        instr2.mClass,
                        profilerInfo, instr2.mArguments,
                        instr2.mWatcher,
                        instr2.mUiAutomationConnection, testMode,
                        mBinderTransactionTrackingEnabled, enableTrackAllocation,
                        isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.isPersistent(),
                        new Configuration(app.getWindowProcessController().getConfiguration()),
                        app.getCompat(), getCommonServicesLocked(app.isolated),
                        mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked(),
                        buildSerial, autofillOptions, contentCaptureOptions,
                        app.getDisabledCompatChanges(), serializedSystemFontMap);
            } else {
                ...
                同上
            }
        ...
        // See if the top visible activity is waiting to run in this process...
        if (normalMode) {
            try {
                //拉起
                didSomething = mAtmInternal.attachApplication(app.getWindowProcessController());
            } catch (Exception e) {
                Slog.wtf(TAG, "Exception thrown launching activities in " + app, e);
                badApp = true;
            }
        }
        ...
        return true;
    }

5.2 APP进行初始化操作

ActivityThread中ApplicationThread的bindApplication会收到通知，通过handler交给主线程去处理。所以我们也就知道上面问题1的答案了，无论是初始化APP，还是拉起Activity，都是最终交给Handler切换到主线程处理的。所以哪怕初始化APP是耗时操作，拉起Activity的任务也得排队等到前面任务执行完了才能执行。

最终通过handler是交给handleBindApplciation去完成APP的初始化逻辑的。主要包含下面几个操作：

1.使用classLoader去加载APK中的DEX文件。

2.加载APK中的资源。

3.反射生成Application类，并调用其attachBaseApplication方法。

4.调用Application的onCreate方法。

@UnsupportedAppUsage
    private void handleBindApplication(AppBindData data) {
        //1.classLoader加载APK中的dex，并且加载APK的资源
        final ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(this, data.info);
 
        // Continue loading instrumentation.
        //2.生成代理类
        mInstrumentation = new Instrumentation();
        mInstrumentation.basicInit(this);
        // Allow disk access during application and provider setup. This could
        // block processing ordered broadcasts, but later processing would
        // probably end up doing the same disk access.
        Application app;
        //3.声明application
        app = data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode, null);
            ...
        //4.调用Application的onCreate
        mInstrumentation.onCreate(data.instrumentationArgs);
 
    }

onCreate创建完成后并不会通知AMS，因为activity的拉起操作和初始化Application在AMS中是串行的。

5.3 AMS中处理Activity启动逻辑

5.1中讲到attachApplicationLocked会最终通知APP去拉起Activity，那么整个流程是怎样的呢？

会执行下面这样的调用顺序。

ActivityManagerService.attachApplicationLocked->

ActivityTaskManagerService.LocalService.attachApplication->

RootWindowContainer.attachApplication->

RootWindowContainer.startActivityForAttachedApplicationIfNeeded->

ActivityTaskSupervisor.realStartActivityLocked

到了realStartActivityLocked这一步，正好对应2.4所讲的。APP进程存在的也会调用这个方法，而不存在则先创建进程，最终也会执行到这一步。

realStartActivityLocked中创建Activity的生命周期事务，最终通过ClientLifecycleManager.scheduleTransaction通过binder发送到APP进程的ApplicationThread.scheduleTransaction方法中，则AMS流程就完成了。

5.4 APP完成Activity的启动

生命周期事务是安卓8.0之后出现的，简单来说就是之前的模式是：

AMS发一个协商好消息，APP收到后，根据消息内存来决定自己去做操作；

而事务模式下，AMS发送一系列事务到APP进程，APP收到后，直接去执行这一系列的事务。而这些事务就是activity的生命周期调用。