Android 车载应用开发与分析 - CarLauncher_carlauncher代码路径

本篇文章中的功能以及源码分析基于android-11.0.0_r43，CarLauncher源码位于 packages/apps/Car/Launcher。
1.Launcher 与 CarLauncher

Launcher是安卓系统中的桌面启动器，安卓系统的桌面UI统称为Launcher。Launcher是安卓系统中的主要程序组件之一，安卓系统中如果没有Launcher就无法启动安卓桌面，Launcher出错的时候，安卓系统会出现“进程 com.android.launcher 意外停止”的提示窗口。这时需要重新启动Launcher。

Launcher是android系统的桌面，是用户接触到的第一个带有界面的APP。它本质上就是一个系统级APP，和普通的APP一样，它界面也是在Activity上绘制出来的。

虽然Launcher也是一个APP，但是它涉及到的技术点却比一般的APP要多。CarLauncher作为IVI系统的桌面，需要显示系统中所有用户可用app的入口，显示最近用户使用的APP，同时还需要支持在桌面上动态显示如地图、音乐在内各个APP内部的信息，在桌面显示地图并与之进行简单的交互。地图开发的工作量极大，Launcher显然不可能引入地图的SDK再开发一个地图应用，那么如何在不扩大工作量的前提下动态的显示地图就成了CarLauncher的一个技术难点。

2.CarLauncher功能分析
原生的Carlaunher代码并不复杂，主要是协同SystemUI完成以下两个功能。
显示 可以快捷操作的 『首页』
显示 所有APP入口的 『桌面』
需要注意的是，只有红框中的内容才属于CarLauncher的内容，红框之外的属于SystemUI的内容。虽然SystemUI在下方的NaviBar有6个按钮，但是只有点击首页和App桌面才会进入CarLauncher，点击其它按钮都会进入其它APP，所以都不在本篇文章的分析范围。

3.CarLauncher 源码分析
CarLauncher的源码结构如下：
3.1 Android.dp

CarLauncher的android.bp相对比较简单，定义了CarLauncher的源码结构，和依赖的类库。如果你对android.bp完全不了解，可以先看一下 Android.bp入门教程 学习一下基础的语法，再来回过头来看CarLauncher的android.bp相信会容易理解很多。

android_app {
    name: "CarLauncher",
    srcs: ["src/**/*.java"],
    resource_dirs: ["res"],
    // 允许使用系统的hide api
    platform_apis: true,
    required: ["privapp_whitelist_com.android.car.carlauncher"],
    // 签名类型 ： platform
    certificate: "platform",
    // 设定apk安装路径为priv-app
    privileged: true,
    // 覆盖其它类型的Launcher
    overrides: [
        "Launcher2",
        "Launcher3",
        "Launcher3QuickStep",
    ],
    optimize: {
        enabled: false,
    },
    dex_preopt: {
        enabled: false,
    },
    // 引入静态库
    static_libs: [
        "androidx-constraintlayout_constraintlayout-solver",
        "androidx-constraintlayout_constraintlayout",
        "androidx.lifecycle_lifecycle-extensions",
        "car-media-common",
        "car-ui-lib",
    ],
    libs: ["android.car"],
    product_variables: {
        pdk: {
            enabled: false,
        },
    },
}

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上述Android.bp中我们需要注意一个属性overrides，它表示覆盖的意思。在系统编译时Launcher2、Launcher3和Launcher3QuickStep都会被CarLauncher取代，前面三个Launcher并不是车机系统的桌面，车载系统中会用CarLauncher这个定制新的桌面取代掉其它系统的桌面。同样的，如果我们不想使用系统中自带的CarLauncher，那么也需要在overrides中覆盖掉CarLauncher。在自主开发的车载Android系统中这个属性我们会经常用到，用我们自己定制的各种APP来取代系统中默认的APP，比如系统设置等等。
3.2 AndroidManifest.xml
Manifest文件中我们可以看到CarLauncher所需要的权限，以及入口Activity。

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.android.car.carlauncher">

    <uses-permission android:name="android.car.permission.ACCESS_CAR_PROJECTION_STATUS" />
    <!--  System permission to host maps activity  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.ACTIVITY_EMBEDDING" />
    <!--  System permission to send events to hosted maps activity  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.INJECT_EVENTS" />
    <!--  System permission to use internal system windows  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.INTERNAL_SYSTEM_WINDOW" />
    <!--  System permissions to bring hosted maps activity to front on main display  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.MANAGE_ACTIVITY_STACKS" />
    <!--  System permission to query users on device  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.MANAGE_USERS" />
    <!--  System permission to control media playback of the active session  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.MEDIA_CONTENT_CONTROL" />
    <!--  System permission to get app usage data  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.PACKAGE_USAGE_STATS" />
    <!--  System permission to query all installed packages  -->
    <uses-permission android:name="android.permission.QUERY_ALL_PACKAGES" />
    <uses-permission android:name="android.permission.REORDER_TASKS" />
    <!--  To connect to media browser services in other apps, media browser clients
        that target Android 11 need to add the following in their manifest  -->
    <queries>
        <intent>
            <action android:name="android.media.browse.MediaBrowserService" />
        </intent>
    </queries>
    <application
        android:icon="@drawable/ic_launcher_home"
        android:label="@string/app_title"
        android:supportsRtl="true"
        android:theme="@style/Theme.Launcher">
        <activity
            android:name=".CarLauncher"
            android:clearTaskOnLaunch="true"
            android:configChanges="uiMode|mcc|mnc"
            android:launchMode="singleTask"
            android:resumeWhilePausing="true"
            android:stateNotNeeded="true"
            android:windowSoftInputMode="adjustPan">
            <meta-data
                android:name="distractionOptimized"
                android:value="true" />
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

                <category android:name="android.intent.category.HOME" />
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
            </intent-filter>
        </activity>
        <activity
            android:name=".AppGridActivity"
            android:exported="true"
            android:launchMode="singleInstance"
            android:theme="@style/Theme.Launcher.AppGridActivity">
            <meta-data
                android:name="distractionOptimized"
                android:value="true" />
        </activity>
    </application>
</manifest>
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关于Manifest我们重点来了解其中一些不常用的标签即可。

是在Android 11 上为了收紧应用权限而引入的。用于，指定当前应用程序要与之交互的其他应用程序集，这些其他应用程序可以通过 package、intent、provider。示例：

<queries>
    <package android:name="string" />
    <intent>
        ...
    </intent>
    <provider android:authorities="list" />
    ...
</queries>
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android:clearTaskOnLaunch = “true”

每次启动都启动根Activity，并清理其他的Activity。
android:configChanges=“uiMode|mcc|mnc”

关于android:configChanges就不废话了，直接上一张相对完整的表格供参考。

android:resumeWhilePausing = “true”

当前一个Activity还在执行onPause()方法时（即在暂停过程中，还没有完全暂停），允许该Activity显示（此时Activity不能申请任何其他额外的资源，比如相机）
android:stateNotNeeded=“true”

这个属性默认情况为false，若设为true，则当Activity重新启动时不会调用onSaveInstanceState方法，onCreate()方法中的Bundle参数将永远为null。在一些特殊场合下，由于用户按了Home键，该属性设置为true时，可以保证不用保存原先的状态引用，一定程度上节省空间资源。
android:name=“distractionOptimized”

设定当前Activity处于活动状态，是否导致驾驶员分心，在国外车载Android应用程序需要遵守Android官方制定《驾驶员分心指南》，这个规则在国内使用的很少，具体请参考****Driver Distraction Guidelines | Android Open Source Project

3.3 AppGridActivity
AppGridActivity用来显示系统中所有的APP，为用户的使用提供入口。
作为应用开发者，我们需要关注以下两个功能是如何实现的：

显示系统中所有的APP，并过滤掉一些不需要显示在桌面的APP（例如：后台的Service）
显示最近使用的APP
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显示系统中所有的APP（All App）

CarLauncher中用于筛选所有APP的方法都集中在AppLauncherUtils

/**
 * 获取我们希望在启动器中以未排序的顺序看到的所有组件，包括启动器活动和媒体服务。
 *
 * @param blackList             要隐藏的应用程序（包名称）列表（可能为空）
 * @param customMediaComponents 不应在Launcher中显示的媒体组件（组件名称）列表（可能为空），因为将显示其应用程序的Launcher活动
 * @param appTypes              要显示的应用程序类型（例如：全部或仅媒体源）
 * @param openMediaCenter       当用户选择媒体源时，启动器是否应导航到media center。
 * @param launcherApps          {@link LauncherApps}系统服务
 * @param carPackageManager     {@link CarPackageManager}系统服务
 * @param packageManager        {@link PackageManager}系统服务
 * @return 一个新的 {@link LauncherAppsInfo}
 */
@NonNull
static LauncherAppsInfo getLauncherApps(
        @NonNull Set<String> blackList,
        @NonNull Set<String> customMediaComponents,
        @AppTypes int appTypes,
        boolean openMediaCenter,
        LauncherApps launcherApps,
        CarPackageManager carPackageManager,
        PackageManager packageManager,
        CarMediaManager carMediaManager) {

    if (launcherApps == null || carPackageManager == null || packageManager == null
            || carMediaManager == null) {
        return EMPTY_APPS_INFO;
    }
    // 检索所有符合给定intent的服务
    List<ResolveInfo> mediaServices = packageManager.queryIntentServices(
            new Intent(MediaBrowserService.SERVICE_INTERFACE),
            PackageManager.GET_RESOLVED_FILTER);
    // 检索指定packageName的Activity的列表
    List<LauncherActivityInfo> availableActivities =
            launcherApps.getActivityList(null, Process.myUserHandle());

    Map<ComponentName, AppMetaData> launchablesMap = new HashMap<>(
            mediaServices.size() + availableActivities.size());
    Map<ComponentName, ResolveInfo> mediaServicesMap = new HashMap<>(mediaServices.size());

    // Process media services
    if ((appTypes & APP_TYPE_MEDIA_SERVICES) != 0) {
        for (ResolveInfo info : mediaServices) {
            String packageName = info.serviceInfo.packageName;
            String className = info.serviceInfo.name;
            ComponentName componentName = new ComponentName(packageName, className);
            mediaServicesMap.put(componentName, info);
            if (shouldAddToLaunchables(componentName, blackList, customMediaComponents,
                    appTypes, APP_TYPE_MEDIA_SERVICES)) {
                final boolean isDistractionOptimized = true;

                Intent intent = new Intent(Car.CAR_INTENT_ACTION_MEDIA_TEMPLATE);
                intent.putExtra(Car.CAR_EXTRA_MEDIA_COMPONENT, componentName.flattenToString());

                AppMetaData appMetaData = new AppMetaData(
                    info.serviceInfo.loadLabel(packageManager),
                    componentName,
                    info.serviceInfo.loadIcon(packageManager),
                    isDistractionOptimized,
                    context -> {
                        if (openMediaCenter) {
                            AppLauncherUtils.launchApp(context, intent);
                        } else {
                            selectMediaSourceAndFinish(context, componentName, carMediaManager);
                        }
                    },
                    context -> {
                        // 返回系统中所有MainActivity带有Intent.CATEGORY_INFO 和 Intent.CATEGORY_LAUNCHER的intent
                        Intent packageLaunchIntent =
                                packageManager.getLaunchIntentForPackage(packageName);
                        AppLauncherUtils.launchApp(context,
                                packageLaunchIntent != null ? packageLaunchIntent : intent);
                    });
                launchablesMap.put(componentName, appMetaData);
            }
        }
    }

    // Process activities
    if ((appTypes & APP_TYPE_LAUNCHABLES) != 0) {
        for (LauncherActivityInfo info : availableActivities) {
            ComponentName componentName = info.getComponentName();
            String packageName = componentName.getPackageName();
            if (shouldAddToLaunchables(componentName, blackList, customMediaComponents,
                    appTypes, APP_TYPE_LAUNCHABLES)) {
                boolean isDistractionOptimized =
                    isActivityDistractionOptimized(carPackageManager, packageName,
                        info.getName());

                Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_MAIN)
                    .setComponent(componentName)
                    .addCategory(Intent.CATEGORY_LAUNCHER)
                    .setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
                // 获取app的name，和 app的图标
                AppMetaData appMetaData = new AppMetaData(
                    info.getLabel(),
                    componentName,
                    info.getBadgedIcon(0),
                    isDistractionOptimized,
                    context -> AppLauncherUtils.launchApp(context, intent),
                    null);
                launchablesMap.put(componentName, appMetaData);
            }
        }
    }

    return new LauncherAppsInfo(launchablesMap, mediaServicesMap);
}

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通过LauncherApps.getActivityList()，获得的List包含了系统中所有配置了Intent#ACTION_MAIN 和Intent#CATEGORY_LAUNCHER的Activity信息。
String LauncherActivityInfogetLabel() : 获取app的name
String LauncherActivityInfo.getComponentName() : 获取app的Mainactivity信息
Drawable LauncherActivityInfo.getBadgedIcon(0) : 获取App的图标
最后，当用户点击图标时，虽然也是通过startActivity启动App，但是ActivityOptions可以让我们决定目标APP在哪个屏幕上启动，这对当前车载多屏系统而言非常重要。

static void launchApp(Context context, Intent intent) {
    ActivityOptions options = ActivityOptions.makeBasic();
    // 在当前的屏幕上启动目标App的Activity
    options.setLaunchDisplayId(context.getDisplayId());
    context.startActivity(intent, options.toBundle());
}

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显示最近使用的APP （Recent APP）
Android系统中提供了UsageStatusManager来提供对设备使用情况历史记录和统计信息的访问，UsageStatusManager
使用android.provider.Settings#ACTION_USAGE_ACCESS_SETTINGS，getAppStandbyBucket()，queryEventsForSelf(long,long)，方法时不需要添加额外的权限。但是除此以外的方法都需要android.permission.PACKAGE_USAGE_STATS权限。

/**
 * 请注意，为了从上一次boot中获得使用情况统计数据，设备必须经过干净的关闭过程。
 */
private List<AppMetaData> getMostRecentApps(LauncherAppsInfo appsInfo) {
    ArrayList<AppMetaData> apps = new ArrayList<>();
    if (appsInfo.isEmpty()) {
        return apps;
    }

    // 获取从1年前开始的使用情况统计数据，返回如下条目：
    // "During 2017 App A is last used at 2017/12/15 18:03"
    // "During 2017 App B is last used at 2017/6/15 10:00"
    // "During 2018 App A is last used at 2018/1/1 15:12"
    List<UsageStats> stats =
            mUsageStatsManager.queryUsageStats(
                    UsageStatsManager.INTERVAL_YEARLY,
                    System.currentTimeMillis() - DateUtils.YEAR_IN_MILLIS,
                    System.currentTimeMillis());

    if (stats == null || stats.size() == 0) {
        return apps; // empty list
    }

    stats.sort(new LastTimeUsedComparator());

    int currentIndex = 0;
    int itemsAdded = 0;
    int statsSize = stats.size();
    int itemCount = Math.min(mColumnNumber, statsSize);
    while (itemsAdded < itemCount && currentIndex < statsSize) {
        UsageStats usageStats = stats.get(currentIndex);
        String packageName = usageStats.mPackageName;
        currentIndex++;

        // 不包括自己
        if (packageName.equals(getPackageName())) {
            continue;
        }

        // TODO(b/136222320): 每个包都可以获得UsageStats，但一个包可能包含多个媒体服务。我们需要找到一种方法来获取每个服务的使用率统计数据。
        ComponentName componentName = AppLauncherUtils.getMediaSource(mPackageManager,
                packageName);
        // 免除媒体服务的后台和启动器检查
        if (!appsInfo.isMediaService(componentName)) {
            // 不要包括仅在后台运行的应用程序
            if (usageStats.getTotalTimeInForeground() == 0) {
                continue;
            }
            // 不要包含不支持从启动器启动的应用程序
            Intent intent = getPackageManager().getLaunchIntentForPackage(packageName);
            if (intent == null || !intent.hasCategory(Intent.CATEGORY_LAUNCHER)) {
                continue;
            }
        }

        AppMetaData app = appsInfo.getAppMetaData(componentName);
        // 防止重复条目
        // e.g. app is used at 2017/12/31 23:59, and 2018/01/01 00:00
        if (app != null && !apps.contains(app)) {
            apps.add(app);
            itemsAdded++;
        }
    }
    return apps;
}

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3.4 CarLauncher

CarLauncher和普通的Android应用一样，都会有一个主布局文件，并且在Activity的onCreate中进行一系列初始化工作，所以我们先从CarLauncher的布局文件和onCreate方法开始分析。
CarLauncher的主布局文件

这里我们只分析横屏的布局文件，源码中其实还包含了竖屏和多窗口的布局。

<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:layoutDirection="ltr"
    tools:context=".CarLauncher">

    <!-- 省略 -->

    <View
        android:id="@+id/top_line"
        style="@style/HorizontalLineDivider"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    <androidx.cardview.widget.CardView
        style="@style/CardViewStyle"
        // ... 
        >
        <!-- 用来显示地图的 ActivityView -->
        <android.car.app.CarActivityView
            android:id="@+id/maps"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="match_parent" />

    </androidx.cardview.widget.CardView>

    <!-- 显示天气 -->
    <FrameLayout
        android:id="@+id/contextual"
        android:layout_width="0dp"
        android:layout_height="0dp"
        android:layout_margin="@dimen/main_screen_widget_margin"
        android:layoutDirection="locale"
        app:layout_constraintBottom_toTopOf="@+id/divider_horizontal"
        app:layout_constraintLeft_toRightOf="@+id/divider_vertical"
        app:layout_constraintRight_toLeftOf="@+id/end_edge"
        app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/top_edge" />

    <!-- 显示本地音乐 -->
    <FrameLayout
        android:id="@+id/playback"
        android:layout_width="0dp"
        android:layout_height="0dp"
        android:layout_margin="@dimen/main_screen_widget_margin"
        android:layoutDirection="locale"
        app:layout_constraintBottom_toTopOf="@+id/bottom_edge"
        app:layout_constraintLeft_toRightOf="@+id/divider_vertical"
        app:layout_constraintRight_toLeftOf="@+id/end_edge"
        app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/divider_horizontal" />

    <View
        android:id="@+id/bottom_line"
        style="@style/HorizontalLineDivider"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent" />

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

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CarLauncher的布局文件很简单，几乎没什么值得解释的地方。

初始化Android桌面

初始化Android桌面的工作大多都是在CarLuancher.onCreate方法中完成，该方法代码如下：

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    // 在多窗口模式下『car_launcher_multiwindow』不显示“地图”面板。
    // 注意：拆分屏幕的CTS测试与启动器默认活动的活动视图不兼容
    if (isInMultiWindowMode() || isInPictureInPictureMode()) {
        setContentView(R.layout.car_launcher_multiwindow);
    } else {
        setContentView(R.layout.car_launcher);
    }
    // 初始化『天气』和『音乐』fragment
    initializeFragments();
    // 监听ActivityView状态，并启动地图面板
    mActivityView = findViewById(R.id.maps);
    if (mActivityView != null) {
        mActivityView.setCallback(mActivityViewCallback);
    }
    // 监听屏幕状态，并启动地图面板
    mDisplayManager = getSystemService(DisplayManager.class);
    mDisplayManager.registerDisplayListener(mDisplayListener, mMainHandler);
}

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上述代码中的ActivityView是用来显示地图的一个ViewGroup。ActivityView的状态回调如下：

private final ActivityView.StateCallback mActivityViewCallback = new ActivityView.StateCallback() {
    @Override
    public void onActivityViewReady(ActivityView view) {
        if (DEBUG) Log.d(TAG, "onActivityViewReady(" + getUserId() + ")");
        mActivityViewReady = true;
        startMapsInActivityView();
        maybeLogReady();
    }

    @Override
    public void onActivityViewDestroyed(ActivityView view) {
        if (DEBUG) Log.d(TAG, "onActivityViewDestroyed(" + getUserId() + ")");
        mActivityViewReady = false;
    }

    @Override
    public void onTaskMovedToFront(int taskId) {
        if (DEBUG) {
            Log.d(TAG, "onTaskMovedToFront(" + getUserId() + "): started=" + mIsStarted);
        }
        try {
            if (mIsStarted) {
                ActivityManager am = (ActivityManager) getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);
                am.moveTaskToFront(CarLauncher.this.getTaskId(), /* flags= */ 0);
            }
        } catch (RuntimeException e) {
            Log.w(TAG, "Failed to move CarLauncher to front.");
        }
    }
};

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设定回调的作用就是在ActivityView初始化完毕后，启动地图。

private void startMapsInActivityView() {
    if (mActivityView == null || !mActivityViewReady) {
        return;
    }
    // 如果我们碰巧被重新呈现为多显示模式，我们将跳过在“Activity”视图中启动内容，因为我们无论如何都会被重新创建。
    if (isInMultiWindowMode() || isInPictureInPictureMode()) {
        return;
    }
    // 在“活动可见性测试（ActivityVisibilityTests）”的显示关闭时不要启动地图。
    if (getDisplay().getState() != Display.STATE_ON) {
        return;
    }
    try {
        mActivityView.startActivity(getMapsIntent());
    } catch (ActivityNotFoundException e) {
        Log.w(TAG, "Maps activity not found", e);
    }
}

private Intent getMapsIntent() {
    // 为应用程序的主Activity创建一个意图，不指定要运行的特定Activity，而是提供一个选择器来查找该Activity。
    return Intent.makeMainSelectorActivity(Intent.ACTION_MAIN, Intent.CATEGORY_APP_MAPS);
}
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在onCreate中还会监听当前的屏幕状态，每当屏幕的逻辑显示属性（如大小和密度）发生更改时，都会在ActivityView中重新显示地图。

private final DisplayListener mDisplayListener = new DisplayListener() {
    @Override
    public void onDisplayAdded(int displayId) {}
    @Override
    public void onDisplayRemoved(int displayId) {}

    @Override
    public void onDisplayChanged(int displayId) {
        if (displayId != getDisplay().getDisplayId()) {
            return;
        }
        // startMapsInActivityView（）将检查显示器的状态。
        startMapsInActivityView();
    }
};
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ActivityView

允许将Activity启动到自身的任务容器。本质上是一个虚拟屏幕，所以在此ActivityView中启动的活动受适用于在VirtualDisplay上启动的相同规则的限制。
如果想在我们自己项目中使用ActivityView，需要从Android源码移植，Android SDK中并没有提供ActivityView相关的API。

注意：由于ActivityView中的hosted maps活动当前处于虚拟屏幕，因此系统认为该活动始终位于前面。以直接intent启动“地图”Activity将不起作用。要在real display上启动“地图”活动，需要使用{*@link *Intent#CATEGORY_APP_MAPS}类别将intent发送给launcher，launcher将在real display上启动Activity。